Bezolovnaté technológie spájkovania: SAC spájky a vodivé lepidlá

Desaťročia sa na zabezpečenie elektronických súčiastok, spájkovanie dosiek plošných spojov používa oloveno-cínová spájka. Vážne nepriaznivé zdravotné účinky spojené s používaním olova vyvolali v elektronickom priemysle energické úsilie o nájdenie náhrad za olovenú spájku. Vedci teraz veria, že objavili niekoľko sľubných možností: alternatívne spájky vyrobené zo zliatin a polymérnych kompozícií známych ako vodivé lepidlo.

Spájkovanie je základom výroby elektroniky. Olovo bolo dokonalé ako spájka. Pravdepodobne je všetka elektronika navrhnutá okolo bodu topenia a fyzikálnych vlastností olova. ja vediem — plastový materiál, nerozbitný, a preto sa s ním ľahko pracuje. Keď sa olovo skombinuje s cínom v správnom pomere (63 % cínu a 37 % olova), zliatina má nízku teplotu topenia 183 stupňov Celzia, čo je ďalšia výhoda.

Pri práci pri nízkej teplote spájkovacie procesy lepšia kontrola nad technológiou spoločnej výroby, pričom zvárané prvky nie sú citlivé na najmenšie teplotné odchýlky. Nízke teploty tiež znamenajú menšie namáhanie zariadení a materiálov (PCB a komponenty), ktoré sa zahrievajú počas montáže, a vyššiu produktivitu vo výrobe elektroniky vďaka kratším časom zahrievania a ochladzovania.

Hlavným podnetom pre elektronický priemysel v Európe, aby začal používať bezolovnaté spájky, bol zákaz olova uložený Európskou úniou. Podľa obmedzenia smernice o nebezpečných látkach muselo byť olovo do 1. júla 2006 nahradené inými látkami (smernica zakazuje aj ortuť, kadmium, šesťmocný chróm a iné toxické látky).

Všetky elektronické súčiastky, ktoré obsahujú olovo, sú teraz v Európe zakázané. V tomto smere skôr či neskôr bude musieť Rusko prejsť na bezolovnaté spojovacie technológie v elektronike.

Olovo z hľadiska životného prostredia nie je samo osebe problémom, pokiaľ je obsiahnuté v elektronických zariadeniach. Keď však elektronické súčiastky skončia na skládkach, olovo sa môže z pôdy skládky vyplaviť do pitnej vody. Riziko sa zvyšuje v krajinách, kde sa hromadne dováža elektronický odpad.

Napríklad v Číne sa pracovníci bez ochranných pomôcok, vrátane mnohých detí, venujú rozoberaniu (spájkovaniu) recyklovateľných materiálov z elektronických súčiastok. V Rusku sú aj dnes olovené spájky veľmi bežné v neautomatizovanej výrobe elektroniky.

Škodlivé účinky olova na ľudské zdravie, dokonca aj v nízkych hladinách, sú dobre známe: poruchy nervového a tráviaceho systému, zvlášť výrazné u detí, a schopnosť olova hromadiť sa v tele, čo spôsobuje ťažkú ​​otravu.

Výrobcovia elektroniky začali hľadať alternatívne spájky už v roku 1990, keď sa diskutovalo o teraz schválených návrhoch na zákaz olova v USA. Odborníci z elektronického priemyslu preskúmali 75 alternatívnych spájok a tento zoznam zredukovali na pol tucta.

Nakoniec bola zvolená kombinácia 95,5 % cínu, 3,9 % striebra a 0,6 % medi, známa aj ako spájka triedy SAC (skratka prvých písmen prvkov Sn, Ag, Cu), poskytujúca väčšiu spoľahlivosť a jednoduchosť prevádzka ako náhrada olovenej spájky. Teplota topenia spájky SAC je 217 stupňov, je blízka teplote topenia bežnej olovenej spájky (183 ... 260 stupňov).

Bezskrutková spájka

Spájky SAC sú dnes široko používané v offshore priemysle. Zavedenie nových typov spájok si vyžiadalo veľa úsilia zo strany elektronických spoločností. Odborníci sa obávali, že v počiatočnom štádiu zavádzania bezolovnatých spájok je možný nárast poruchovosti elektronických výrobkov.

V tomto ohľade sa zariadenia, ktoré sa podieľajú na živote a bezpečnosti ľudí, napríklad elektronika pre nemocnice, vyrábajú pomocou starých technológií. Zákaz olovenej spájky tiež zatiaľ neplatí pre mobilné telefóny a digitálne fotoaparáty. Neexistuje ani definitívna odpoveď o úplnej bezpečnosti nových spájok na báze striebra – tento kov je toxický pre vodné živočíchy.

Bezolovnaté tavidlo

oddiel. 1.Porovnávacie charakteristiky niektorých spájok SAC a spájok cínu a olova

Odvážnejšou experimentálnou alternatívou k spájkovaniu olovenej spájky je použitie elektricky vodivých lepidiel... Ide o polyméry, silikón alebo polyamid s obsahom drobných šupiniek kovov, najčastejšie striebra. Polyméry lepia elektronické súčiastky a kovové vločky vedú elektrinu.

Tieto lepidlá ponúkajú širokú škálu výhod. Elektrická vodivosť striebra je veľmi vysoká a jeho elektrický odpor je nízky. Teplota potrebná na nanášanie lepidiel na montáž PCB je oveľa nižšia (150 stupňov) ako teplota potrebná pre spájky na báze olova. Preto sa po prvé šetrí elektrická energia a po druhé sú elektronické komponenty vystavené menšiemu zahrievaniu, v dôsledku čoho sa zvyšuje ich spoľahlivosť.

Fínsky výskum prezentovaný v roku 2000 na 4. medzinárodnej konferencii o lepidlách a technológiách povlakov v elektronickom priemysle ukazuje, že elektricky vodivé lepidlá vytvárajú ešte pevnejšie spoje ako tradičné spájky.

Ak sa vedcom podarí zvýšiť elektrickú vodivosť takýchto lepidiel, môžu úplne nahradiť tradičné spájky. Doteraz sa tieto materiály používali pre malý počet malých vodivých zlúčenín prúd — na spájkovanie displejov a kryštálov z tekutých kryštálov. Výskum v tejto oblasti je zameraný na pridávanie molekúl dikarboxylových kyselín, ktoré zabezpečujú spojenie medzi striebornými vločkami a tým zvyšujú elektrickú vodivosť materiálu.

Vážnym problémom elektricky vodivých lepidiel je možná deštrukcia pri zahriatí komponentov nad 150 stupňov.Existujú aj ďalšie obavy týkajúce sa elektricky vodivých lepidiel. Postupom času sa schopnosť lepidiel viesť elektrický prúd znižuje. A voda, ktorú polymér dokáže absorbovať, spôsobí koróziu. Pri páde z výšky vykazujú lepidlá krehké vlastnosti a budú vyvinuté polyméry dopované gumou, aby sa v budúcnosti zlepšila ich elasticita. Nedostatočná znalosť tohto materiálu môže ešte viac odhaliť ďalšie, zatiaľ neznáme problémy.

Očakáva sa, že vodivé lepidlá sa budú používať v spotrebnej elektronike (mobilné telefóny a digitálne fotoaparáty), kde spoľahlivosť nie je kritická, ako je medicína a avionika.