Blyfri loddeteknologier: SAC-loddemidler og ledende klæbemidler

I årtier er bly-tin-loddemetal blevet brugt til at sikre elektroniske komponenter, lodde printplader. De alvorlige sundhedsskadelige virkninger forbundet med brugen af ​​bly har affødt en kraftig indsats i elektronikindustrien for at finde erstatninger for blylodde. Forskere mener nu, at de har opdaget nogle lovende muligheder: alternative loddemidler lavet af legeringer og polymersammensætninger kendt som ledende lim.

Lodning er rygraden i elektronikfremstilling. Bly var perfekt som lodde. Al elektronik er formentlig designet omkring blyets smeltepunkt og fysiske egenskaber. jeg fører — plastmateriale, ubrydeligt og derfor nemt at arbejde med. Når bly kombineres med tin i det korrekte forhold (63 % tin og 37 % bly), har legeringen et lavt smeltepunkt på 183 grader Celsius, hvilket er en anden fordel.

Ved arbejde ved lav temperatur loddeprocesser Der udøves bedre kontrol over den fælles produktionsteknologi, mens de svejste elementer ikke er følsomme over for de mindste temperaturafvigelser. Lave temperaturer betyder også mindre stress på udstyr og materialer (PCB'er og komponenter), der opvarmes under montering, og højere produktivitet i elektronikfremstilling på grund af kortere opvarmnings- og nedkølingstider.

Det vigtigste incitament for elektronikindustrien i Europa til at begynde at bruge blyfri loddemidler var et blyforbud indført af EU. I henhold til begrænsningen i direktivet om farlige stoffer skulle bly erstattes af andre stoffer senest den 1. juli 2006 (direktivet forbyder også kviksølv, cadmium, hexavalent krom og andre giftige stoffer).

Alle elektroniske komponenter, der indeholder bly, er nu forbudt i Europa. I denne forbindelse vil Rusland før eller siden også skulle skifte til blyfri forbindelsesteknologier inden for elektronik.

Bly er fra et miljømæssigt perspektiv ikke et problem i sig selv, så længe det er indeholdt i elektronisk udstyr. Men når elektroniske komponenter ender på lossepladser, kan bly skylle ud af lossepladsens jord og ud i drikkevandet. Risikoen stiger i lande, hvor e-affald importeres i massevis.

I Kina for eksempel er arbejdere uden beskyttelsesudstyr, herunder mange børn, engageret i at adskille (lodde) genanvendelige materialer fra elektroniske komponenter. I Rusland er blylodde selv i dag meget almindelige i ikke-automatiseret elektronikfremstilling.

De skadelige virkninger af bly på menneskers sundhed, selv ved lave niveauer, er velkendte: forstyrrelser i nerve- og fordøjelsessystemet, især udtalt hos børn, og blyets evne til at ophobes i kroppen, hvilket forårsager alvorlig forgiftning.

Elektronikproducenter begyndte at lede efter alternative loddemidler allerede i 1990, hvor de nu ratificerede forslag om at forbyde bly i USA blev diskuteret. Eksperter i elektronikindustrien gennemgik 75 alternative lodninger og reducerede listen til et halvt dusin.

Til sidst blev der valgt en kombination af 95,5% tin, 3,9% sølv og 0,6% kobber, også kendt som SAC grade lodning (forkortelse af de første bogstaver i grundstofferne Sn, Ag, Cu), hvilket giver større pålidelighed og lethed ved drift som erstatning for bly-bly lodning. SAC-loddets smeltepunkt er 217 grader, det er tæt på smeltepunktet for konventionelt bly-bly-loddemiddel (183 ... 260 grader).

Skruefri lodning

SAC-loddemidler er meget udbredt i offshore-industrien i dag. Introduktion af nye typer loddemidler har krævet en stor indsats fra elektronikvirksomhedernes side. Eksperter var bekymrede over, at i den indledende fase af introduktionen af ​​blyfri lodninger var en stigning i fejlraten for elektroniske produkter mulig.

I denne forbindelse produceres udstyr, der er involveret i menneskers liv og sikkerhed, for eksempel elektronik til hospitaler, ved hjælp af gamle teknologier. Forbuddet mod blylodning gælder endnu ikke for mobiltelefoner og digitalkameraer. Der er heller ikke noget endeligt svar på den fuldstændige sikkerhed af de nye sølvbaserede lodninger - dette metal er giftigt for vanddyr.

Blyfri flux

Afsnit. 1.Sammenlignende egenskaber for nogle SAC-loddemidler og tin-bly-loddemidler

Et mere vovet eksperimentelt alternativ til lodning af blylodde er brugen af ​​elektrisk ledende klæbemidler... Det er polymerer, silikone eller polyamid indeholdende små flager af metaller, oftest sølv. Polymerer limer elektroniske komponenter og metalflager leder elektricitet.

Disse klæbemidler tilbyder en lang række fordele. Sølvs elektriske ledningsevne er meget høj, og dets elektriske modstand er lav. Den temperatur, der kræves for at påføre PCB-samlingsklæbemidler, er meget lavere (150 grader) end den, der kræves for blybaserede lodninger. Derfor spares der for det første elektricitet, og for det andet udsættes elektroniske komponenter for mindre opvarmning, hvorved deres pålidelighed øges.

Finsk forskning præsenteret i 2000 på den 4. internationale konference om klæbe- og belægningsteknologier i elektronikindustrien viser, at elektrisk ledende klæbemidler danner endnu stærkere bindinger end traditionelle loddemidler.

Hvis det lykkes forskerne at øge den elektriske ledningsevne af sådanne klæbemidler, kan de helt erstatte traditionelle lodninger. Hidtil er disse materialer blevet brugt til et lille antal små ledende forbindelser strømstyrke — til lodning af flydende krystalskærme og krystaller. Forskningen på dette område er fokuseret på tilsætning af dicarboxylsyremolekyler, som giver en forbindelse mellem sølvflagerne og dermed øger materialets elektriske ledningsevne.

Et alvorligt problem med elektrisk ledende klæbemidler er mulig ødelæggelse, når komponenter opvarmes til over 150 grader.Der er andre bekymringer om elektrisk ledende klæbemidler. Over tid falder klæbemidlers evne til at lede elektricitet. Og det vand, som polymeren kan absorbere, vil forårsage korrosion. Når de tabes fra en højde, udviser klæbemidler skøre egenskaber, og gummidoterede polymerer vil blive udviklet for at forbedre deres elasticitet i fremtiden. Utilstrækkelig viden om dette materiale kan yderligere afsløre andre, endnu ukendte, problemer.

Ledende klæbemidler forventes at blive brugt i forbrugerelektronik (mobiltelefoner og digitale kameraer), hvor pålideligheden ikke er kritisk, såsom medicin og flyelektronik.