Pájka je ve většině případech eutektická slitina kovů sloužící k vodivému a pevnému spojení dvou či více materiálů. V elektrotechnice se využívají měkké pájky, které slouží hlavně k vodivému spojení s minimalizací parazitních jevů (svod, odpor, kapacita či indukčnost).
Olovnaté pájky
V EU se do 1. 7. 2006 používala převážně slitina cínu a olova Sn63Pb37, která obsahovala 37% olova, popřípadě Sn60Pb40 s 40% olova. Tato pájka taje už při teplotě 183°C.
Dne 1. března 2018 vešlo v platnost nařízení o zákazu prodeje olova a jeho slitin široké veřejnosti, proto pájky s obsahem olova dodáváme pouze profesionálním uživatelům, kteří mají pro manipulaci s olovem příslušné oprávnění, např. živnostenský list (IČO).
Bezolovnaté pájky
Od roku 2006 dle nařízení WEEE (Waste from Electrical and Electronic Equipment directive) a RoHS (Restriction of Hazardous Substances directive) nesmí nové komerční elektronické zařízení v EU obsahovat více než 0,1% olova. Konsorcium BRITE-EURAM doporučilo používat tzv. bezolovnaté pájky skládající se převážně z cínu, stříbra a mědi. Tyto pájky by měli mít podobné parametry a technologický postup s olovnatými pájkami. V roce 2018 Evropský parlament vydal dodatek k RoHS o zákaz prodeje olova a jeho slitin široké veřejnosti s platností od 1. března 2018. [1] [2]
Nabídka bezolovnatých pájek ZDE
Nejvhodnější náhrada za olovnatý cín představuje bezolovnatá pájka SAC305 - Sn96,5Ag3Cu0,5. Další vhodná slitina pro náhradu olova je SA3 - Sn96,3Ag3,7 bez obsahu mědi. Teplota tání těchto náhrad se pohybuje v rozmezí 220÷250°C, nezamezují vzniku Whisker neboli tenkých vlásků čistého kovu a vykazují horší smáčivost. Z tohoto důvodu bylo nutné změnit technologický postup hlavně v sériové výrobě.
Negativní vlivy bezolovnaté pájky
Vlivem zákazu používání olova došlo k přechodu na pájku SAC305. Společnost Intel ve výroční zprávě z roku 2005 uvedla, že musela změnit postup výroby a nakoupit nová zařízení v celkové hodnotě přes 100 000 000 $ (cca 2 250 000 000 Kč) a odhaduje celkové náklady na změnu postupů na cca 1 000 000 000 $. [3]
Na obrázku [4] je znázorněn elektrolytický kondenzátor při zahřátí na teplotu pro pájení přetavením. Vlevo při použití olovnaté pájky, vpravo při použití SAC305, který potřebuje o 25 až 35 °C vyšší teplotu.
Na dalším obrázku [4] je vyobrazeno smáčení pájek při pájení přetavením. Vlevo olovnatá pájka, vpravo SAC305.
Jeden z největších problémů bezolovnatých pájek jsou Whiskery. Tento jev vzniká u všech slitin na bázi cínu bez obsahu olova. Whisker u bezolovnatých pájek je vlásek čistého cínu o průměru 1÷10 μm a délkou až 10 mm s rychlostí růstu až 1 cm za rok podle prostředí. Při zkratování dvou pinů může krátkodobě vést proud o velikosti několik Ampér. Toto je jeden z důvodů zničení elektrických obvodů vlivem použití bezolovnaté pájky. Whiskery lze odstranit opětovným přetavením spojů nebo jim lze zabránit žíháním jednotlivých částí. [3]
Na obrázcích jsou vyfotografovány whiskery. Na prvním obrázku [4] jsou roční whiskery při extrémních podmínkách. Zkratový proud mezi 1,27 mm vzdálenými piny dosahoval přes 5 A při napětí 5 V.
Na druhém obrázku [4] jsou roční whiskery na SMD odporech 0201 při standartních podmínkách.
Pozitivní vlivy bezolovnaté pájky
Vlivem zákazu používání olova v elektronických zařízeních došlo k snížení spotřebovaného olova o cca 0,5% roční celosvětové spotřeby (mezi roky 2005 a 2006). Jeden z největších výrobců polovodičových součástek odhadl, že množství ušetřeného cínu na deset tisíc vyrobených a osazených integrovaných obvodů je shodné s jednou vyrobenou olověnou autobaterií. Kdyby všechny baterie, které jsou vyhozeny na skládku či do přírody byly recyklovány, bylo by možné vyrobit a osadit více než 100 000 000 000 000 integrovaných obvodů. [3]
Dalším pozitivním vlivem je snížení množství olova, které je uloženo na skládkách nebo vyhozeno do přírody. Při vstřebávání olova lidským organismem může dojít k poruše nervového systému, snížení IQ, poruše krvetvorby či k selhání některých orgánů. Ovšem v přírodě olovo na povrchu vytvoří ochranou vrstvičku, která zabrání rozptýlení do okolí a zamezí vniku toxické látky do půdy či živého organismu. Dále není evidován jediný důkaz vlivu olova obsaženého v elektronice na lidský organismus přímím dotykem. Jediná možnost je požití elektronického zařízení, které obsahuje dostatečné množství olova. [5]
Závěr
Zákaz používání olova v elektronických zařízeních ušetřil celkem 0,5% celosvětové spotřeby. Toto množství je zanedbatelné vůči množství olova spotřebované v EU dotovaných elektromobilech. Dále bylo nutné vyvinout a nakoupit zařízení za milióny dolarů pro výrobu a vlivem negativních vlivů bezolovnatých pájek popsaných výše došlo ke snížení spolehlivosti a životnosti. Z těchto důvodů je stále dovoleno používat olovnaté pájky v zařízeních určené armádě, kosmickému programu či zdravotnictví.
Použitá literatura
[1] NAŘÍZENÍ VLÁDY ze dne 20. prosince 2012. [Online] 20. Prosinec 2012. https://www.mpo.cz/assets/dokumenty/52939/60299/633206/priloha001.pdf.
[2] Nařízení Evropského parlamentu a Rady (ES) č. 1907/2006 ze dne 18. prosince 2006. [Online] 18. Prosinec 2006. https://www.mpo.cz/assets/dokumenty/29985/32763/347057/priloha001.pdf.
[3] NASA (National Aeronautics and Space Administration) NASA Electronic Parts and Packaging (NEPP) Program. [Online] 2019. https://nepp.nasa.gov/index.cfm.
[4] Andrew D. Kostic, Ph. D. NASA Electronic Parts and Packaging (NEPP) Program. [Online] August 2011. https://nepp.nasa.gov/whisker/reference/tech_papers/2011-kostic-pb-free.pdf.
[5] MUDr. Hana Pražáková, Dr. M. Otto, a Prof. K. E. von. Mühlendahl, Allum - alergie, životní prostředí a zdraví. Olovo. [Online] 29. Mai 2013. http://www.allum.cz/toxicke-latky/olovo.