टिन सोल्डर बनाम लेड सोल्डर: आपको किसका उपयोग करना चाहिए?

इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण में लेड और लेड मुक्त सोल्डर के बीच बहस लगभग दो दशकों से जारी है, और स्पष्ट रूप से, यह कम होने के बजाय अधिक जटिल हो गई है। Sn63/Pb37 यूटेक्टिक सोल्डर-ठीक 183 डिग्री पर पिघलने से {{6}पर्यावरणीय नियमों में बड़े पैमाने पर बदलाव के लिए मजबूर होने से पहले एक शताब्दी के अधिकांश समय तक उद्योग पर इसका दबदबा रहा। आज, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में एसएसी मिश्रधातु (टिन{8}}सिल्वर-कॉपर) डिफॉल्ट बन गए हैं, फिर भी लेड सोल्डर चुपचाप खत्म होने से इनकार कर रहा है। धातु संबंधी अंतर, विनियामक परिदृश्य और व्यावहारिक व्यापार को समझना अब वैकल्पिक नहीं है; पीसीबी के साथ काम करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए यह आवश्यक है, चाहे आप उत्पादन लाइन चला रहे हों या सिर्फ अपने बच्चे के टूटे हुए खिलौने को ठीक कर रहे हों।

वह रसायन जिसके बारे में कोई बात नहीं करना चाहता

यहां सोल्डर में सीसे के बारे में वह बात है जिसे अधिकांश लेख नजरअंदाज कर देते हैं: यह दुर्घटनावश नहीं है। सीसा पिघलने बिंदु को नाटकीय रूप से कम कर देता है। शुद्ध टिन 232 डिग्री पर पिघलता है। 37% लीड जोड़ें, और अचानक आप 183 डिग्री पर होंगे। यह कोई छोटा-मोटा अंतर नहीं है-यह एक घटक के पुनः प्रवाहित होने और एक घटक के मरने के बीच का अंतर है।

यूटेक्टिक बिंदु लोगों के एहसास से कहीं अधिक मायने रखता है। बिल्कुल 63/37 टिन - सीसा अनुपात पर, मिश्र धातु तुरंत ठोस से तरल में परिवर्तित हो जाती है। कोई पेस्टी रेंज नहीं. यह कोई अजीब बात नहीं है कि बीच में सोल्डर आधा पिघला हुआ और आधा ठोस हो। बिल्कुल साफ-सुथरा, पूर्वानुमेय व्यवहार।

SAC305 (96.5% टिन, 3% चांदी, 0.5% तांबा)? 217-220 डिग्री पर पिघलता है। और इसमें कोई वास्तविक यूटेक्टिक नहीं होता है-इसमें हमेशा एक छोटी सी पेस्टी रेंज होती है। जब तक आप थर्मल-संवेदनशील घटकों से निपट नहीं रहे हैं या आसन्न हिस्सों को नष्ट किए बिना बोर्ड को फिर से काम करने की कोशिश नहीं कर रहे हैं, तब तक यह तुच्छ लगता है।

लीड क्यों मुक्त हुआ (और यह जटिल क्यों है)

RoHS. यह संक्षिप्त उत्तर है.

यूरोपीय संघ के खतरनाक पदार्थों पर प्रतिबंध के निर्देश 1 जुलाई 2006 को प्रभावी हुए और इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग पहले जैसा कभी नहीं रहा। अधिकतम स्वीकार्य सीसा सांद्रता: सजातीय सामग्रियों में 1000 पीपीएम (वजन के अनुसार 0.1%)। जापान में भी समान मानक थे, हालाँकि उनके मानक 500 पीपीएम पर और भी सख्त थे।

लेकिन यहीं पर यह दिलचस्प हो जाता है। निर्देश में छूट शामिल है। उच्च{{2}विश्वसनीयता वाले अनुप्रयोग{{3}सर्वर, नेटवर्क अवसंरचना, चिकित्सा उपकरण, एयरोस्पेस, सैन्य{{4}अभी भी लेड सोल्डर का उपयोग कर सकते हैं। क्यों? क्योंकि कोई नहीं चाहता था कि टिन की मूंछों के कारण पेसमेकर विफल हो जाए। कोई भी नहीं चाहता था कि विमान एवियोनिक्स 30,000 फीट पर ठंडे जोड़ों का विकास करे।

छूटें भी बढ़ती रहती हैं. हाल ही में 2025 तक, यूरोपीय संघ ने 2027 तक उच्च तापमान वाले विक्रेताओं (85% से अधिक या उसके बराबर सीसा सामग्री) के लिए सीसा छूट बढ़ा दी। आधिकारिक कारण? "विकल्प अभी भी पर्याप्त विश्वसनीय नहीं हैं।" लगभग 20 वर्षों के बाद. उसे अंदर डूबने दो।

गीला करना। यह सब गीला करने के बारे में है।

मैंने अनुभवी तकनीशियनों को वर्षों तक सीसा रहित सोल्डर के साथ संघर्ष करते देखा है, और उनकी अधिकांश निराशा एक ही गुण के कारण होती है: गीलापन।

लेड सोल्डर प्रवाहित होता है। यह गर्म तवे पर रखे पानी की तरह तांबे पर फैल जाता है। संपर्क कोण कम है, सतह का तनाव आपके पक्ष में काम करता है, और जोड़ लगभग स्वाभाविक रूप से बनते हैं। आप वास्तव में ऐसा होते हुए देख सकते हैं-सोल्डर खुद को गर्मी की ओर खींचता है, लीड के चारों ओर लपेटता है, विया को भरता है।

लीड-मुफ़्त? यह वहां बैठता है. हठपूर्वक। तुम्हें इसे मनाना होगा. फ़्लक्स अधिक मेहनत करता है, तेज़ी से जलता है, और ऑक्सीकरण से आपके जोड़ को ख़त्म होने से पहले आपके पास एक संकरी खिड़की होती है। संपर्क कोण ऊंचा है, जिसका अर्थ है कि सोल्डर की गेंदें फैलने के बजाय ऊपर की ओर होती हैं।

यह व्यक्तिपरक नहीं है. तुलनीय तापमान पर एसएसी मिश्र धातुओं के लिए गीला करने का समय Sn63/Pb37 की तुलना में काफी लंबा है। कुछ निर्माताओं का दावा है कि उनके फ्लक्स फॉर्मूलेशन ने अंतर को बंद कर दिया है। वे अधिकतर झूठ बोल रहे हैं, या कम से कम बढ़ा-चढ़ाकर बोल रहे हैं।

तापमान की समस्या का समाधान किसी ने नहीं किया

तीस-डिग्री सेल्सियस.

यूटेक्टिक टिन -लेड (183 डिग्री) और एसएसी305 (217 डिग्री) के गलनांक के बीच यही अंतर है। जब तक आप इस बात पर विचार नहीं करते कि रिफ्लो ओवन में क्या होता है, तब तक ज्यादा कुछ नहीं लगता।

लीडेड असेंबलियों के लिए पीक रिफ्लो तापमान: 225-235 डिग्री। सीसा रहित के लिए: 255-265 डिग्री। आपके घटक अधिक समय तक उच्च तापमान पर भीगते रहते हैं। आपका बोर्ड अधिक विकृत हो रहा है। प्लास्टिक पैकेजों में फंसी नमी में वाष्पीकृत होने और पॉपकॉर्न बनाने के लिए अधिक ऊर्जा होती है। इंटरमेटैलिक यौगिक वृद्धि तेज हो जाती है।

और मार्जिन सिकुड़ जाता है. लेड सोल्डर के साथ, आपके पास पिघलने और क्षति के बीच लगभग 40{3}}50 डिग्री का हेडरूम था। सीसा रहित होने से, वह खिड़की 25-30 डिग्री तक संकीर्ण हो जाती है। प्रक्रिया नियंत्रण महत्वपूर्ण हो जाता है. बेहतर होगा कि आपकी रिफ़्लो प्रोफ़ाइल को पूरी तरह से डायल किया जाए, अन्यथा आप बोर्डों को स्क्रैप कर रहे हैं।

मैंने उत्पादन लाइनों को सीसा मुक्त होते देखा है और उनमें खराबी की दर रातोंरात तीन गुना हो गई है। इसलिए नहीं कि किसी ने कुछ ग़लत किया है-प्रक्रिया विंडो अभी और अधिक कड़ी हो गई है।

टिन व्हिस्कर्स: द घोस्ट इन द मशीन

 

 

यह अपने स्वयं के अनुभाग का हकदार है क्योंकि यह वास्तव में डरावना है।

टिन मूंछें क्रिस्टलीय संरचनाएं हैं जो शुद्ध टिन सतहों से अनायास बढ़ती हैं। वे पतले होते हैं{{1}कभी-कभी केवल एक या दो माइक्रोन व्यास के होते हैं{{2}और उनकी लंबाई कई मिलीमीटर तक हो सकती है। वे शॉर्ट्स का कारण बनते हैं। उन्होंने उपग्रह गिराये हैं. उन्होंने परमाणु ऊर्जा संयंत्र नियंत्रण प्रणालियों को अक्षम कर दिया है। यह काल्पनिक नहीं है; प्रलेखित मामले हैं।

सीसा मूंछें बनने से रोकता है। यहां तक ​​​​कि छोटी मात्रा में भी {{1}3% जितनी कम मात्रा में भी मूंछ की वृद्धि नाटकीय रूप से कम हो जाती है। तंत्र पूरी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन अनुभवजन्य साक्ष्य जबरदस्त हैं।

सीसा मुक्त सोल्डर में टिन की मात्रा अधिक होती है। सीसा मुक्त सतह खत्म (जैसे शुद्ध टिन चढ़ाना) अनिवार्य रूप से मूंछ फार्म होने की प्रतीक्षा कर रहे हैं। उद्योग की प्रतिक्रिया? अनुरूप कोटिंग. सावधानीपूर्वक तनाव प्रबंधन. सर्वश्रेष्ठ की उम्मीद है.

कुछ निर्माता मूंछों को दबाने के लिए बिस्मथ या अन्य तत्व मिलाते हैं। परिणाम मिश्रित हैं. समस्या का समाधान नहीं हुआ है, इसे प्रबंधित कर दिया गया है।

जब आप सोल्डरिंग कर रहे होते हैं तो वास्तव में क्या होता है

अब तीन से पांच सेकंड

जोड़ दानेदार, थोड़ा सुस्त दिखता है (सीसा मुक्त के लिए यह सामान्य है, लेकिन सीसा पर प्रशिक्षित किसी भी व्यक्ति के लिए यह अभी भी गलत दिखता है)

शायद स्वीकार्य, शायद दोबारा काम

स्पर्शनीय प्रतिक्रिया भी अलग है. लीडेड सोल्डर के पास ठोस से तरल में बदलने का एक संतोषजनक तरीका है। सीसा -मुक्त अधिक गूदेदार, कम परिभाषित होता है। अनुभवी लोग एडजस्ट कर लेते हैं. शुरुआती संघर्ष करते हैं.

स्वास्थ्य सामग्री (क्योंकि कोई हमेशा पूछता है)

हाँ, सीसा विषैला होता है। वहां कोई तर्क नहीं.

लंबे समय तक सीसे के संपर्क में रहने से बच्चों में न्यूरोलॉजिकल क्षति, किडनी की समस्याएं, प्रजनन संबंधी समस्याएं, विकास संबंधी देरी होती है। सीडीसी मानकों के अनुसार रक्त में सीसा का स्तर 5 माइक्रोग्राम/डीएल से ऊपर बढ़ा हुआ माना जाता है। व्यावसायिक जोखिम सीमाएँ अच्छे कारण से मौजूद हैं।

लेकिन {{0}और यह महत्वपूर्ण है-प्राथमिक संपर्क मार्ग त्वचा के संपर्क के माध्यम से नहीं है। यह अंतर्ग्रहण है. टांका लगाने के बाद अपने हाथ धो लें। अपने कार्यस्थल पर भोजन न करें. बुनियादी स्वच्छता अधिकांश जोखिम को समाप्त कर देती है।

सोल्डरिंग करते समय आप जो धुआं देखते हैं? वह फ्लक्स बर्निंग है, सीसा वाष्प नहीं। सीसे का क्वथनांक 1749 डिग्री होता है। आपका सोल्डरिंग आयरन कहीं भी नजदीक नहीं पहुंच रहा है। कुछ लेड ऑक्साइड बन सकते हैं और हवा में फैल सकते हैं, लेकिन सामान्य सोल्डरिंग तापमान पर सांद्रता कम होती है।

पर्याप्त वेंटिलेशन मायने रखता है। धूआं निकालने वाले मदद करते हैं। लेकिन शौक़ीन उपयोग के लिए लेड सोल्डर को लेकर डर को कुछ हद तक बढ़ा-चढ़ाकर पेश किया गया है। निरंतर जोखिम और अपर्याप्त नियंत्रण वाली औद्योगिक सेटिंग्स एक अलग कहानी है।

सीसा मुक्त {{0} जोखिम मुक्त भी नहीं है -। रोसिन फ्लक्स का धुआं कुछ लोगों में श्वसन संबंधी संवेदनशीलता पैदा करता है। उच्च सोल्डरिंग तापमान का अर्थ है अधिक फ्लक्स अपघटन उत्पाद। "सुरक्षित" विकल्प के अपने मुद्दे हैं।

विश्वसनीयता: असुविधाजनक सत्य

यहां कुछ ऐसा है जिसका प्रचार प्रमुख मुक्त प्रचारक नहीं करते हैं: कुछ एसएसी मिश्र धातुएं वास्तव में कुछ विश्वसनीयता मेट्रिक्स में अग्रणी से बेहतर प्रदर्शन करती हैं।

ठंडा - गरम करना? SAC305 अक्सर बेहतर थकान प्रतिरोध दिखाता है। उच्च-तापमान संचालन? लेड-फ्री होल्ड बेहतर रहता है। रेंगना प्रतिरोध? एसएसी मिश्र धातुओं में आम तौर पर बेहतर।

लेकिन।

चौंकाने वाला प्रदर्शन गिराएं? लीडेड सोल्डर जीतता है। जोड़ अधिक लचीले होते हैं, भंगुर फ्रैक्चर की संभावना कम होती है। कंपन प्रतिरोध? नेतृत्व भी किया। ठंडा वातावरण? सीसा मुक्त सोल्डर 0 डिग्री से नीचे तेजी से भंगुर हो जाता है। यहां तक ​​कि "टिन कीट" नामक एक घटना भी है जहां टिन 13 डिग्री से नीचे एक अलग क्रिस्टलीय संरचना में बदल जाता है, हालांकि यह मिश्र धातुओं में दुर्लभ है।

वास्तविक उत्तर यह है कि विश्वसनीयता आपके आवेदन पर निर्भर करती है। इनमें से कोई भी सार्वभौमिक रूप से "बेहतर" नहीं है। जो कोई भी आपको अन्यथा बताता है वह कुछ बेच रहा है।

लागत विकार

कोई भी इस बारे में पर्याप्त बात नहीं करता.

एसएसी मिश्र धातुओं के लिए कच्चे माल की लागत टिन-लेड की तुलना में 2-3 गुना अधिक है। चांदी सस्ती नहीं है. वेव सोल्डरिंग ऑपरेशन के लिए जहां आप पिघले हुए सोल्डर का एक बर्तन बनाए रख रहे हैं, यह तेजी से बढ़ता है।

लेकिन यह सिर्फ प्रत्यक्ष सामग्री है। इसमें कारक:

• उच्च श्रेणी के घटक (कुछ सीसा रहित पुनर्प्रवाह तापमान को संभाल नहीं सकते)
• उच्च तापमान वाली प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा लागत में वृद्धि
• अधिक बार टिप प्रतिस्थापन (सीसा मुक्त आयरन को तेजी से खाता है)
• सख्त प्रक्रिया नियंत्रण
• उच्चतर पुनर्कार्य दर

एक अध्ययन में अनुमान लगाया गया है कि सामान्य एसएमटी लाइनों में सीसा रहित रूपांतरण के लिए कुल लागत में 5{1}}15% की वृद्धि होगी। आपका माइलेज अलग-अलग होगा, लेकिन यह कभी मुफ़्त नहीं होगा।

तो आपको किसका उपयोग करना चाहिए?

पूरी तरह से संदर्भ पर निर्भर करता है.

अंतिम विचार (क्रमबद्ध)

उद्योग ने नेतृत्व की ओर कदम बढ़ाए हैं, इसलिए नहीं कि यह तकनीकी रूप से बेहतर है, बल्कि अधिकांश मामलों में ऐसा नहीं है, बल्कि इसलिए कि पर्यावरण नियमों ने इसकी मांग की है। वह ठीक है। पर्यावरण संरक्षण मायने रखता है. लेकिन आइए यह दिखावा न करें कि संक्रमण दर्द रहित था या सीसा मुक्त सोल्डर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए वस्तुगत रूप से "बेहतर" है।

बीस वर्षों में, हम अभी भी टिन व्हिस्कर जोखिमों से निपट रहे हैं, अभी भी महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए छूट का उपयोग कर रहे हैं, अभी भी ऐसी प्रक्रिया के लिए अधिक भुगतान कर रहे हैं जिसे नियंत्रित करना कठिन है। इंजीनियरों की अगली पीढ़ी कभी भी लेड सोल्डर को नहीं छूएगी, जो शायद उनके लिए ठीक है। उन्हें पता नहीं चलेगा कि वे क्या खो रहे हैं।

बाकी सभी के लिए: आपके एप्लिकेशन के लिए जो समझ में आता है उसका उपयोग करें। जहां वे लागू होते हैं वहां नियमों का पालन करें। किसी ऐसे व्यक्ति पर विश्वास न करें जो आपको बताता है कि यह सरल है। यह कभी नहीं था.