Blyfri loddeteknologi: SAC-loddemidler og ledende lim

I flere tiår har bly-tinn loddetinn blitt brukt til å sikre elektroniske komponenter, lodde kretskort. De alvorlige helseeffektene forbundet med bruk av bly har skapt en kraftig innsats i elektronikkindustrien for å finne erstatninger for blyloddemetall. Forskere tror nå at de har oppdaget noen lovende muligheter: alternative loddemetaller laget av legeringer og polymersammensetninger kjent som ledende lim.

Lodding er ryggraden i elektronikkproduksjon. Bly var perfekt som lodde. Uten tvil er all elektronikk designet rundt blyets smeltepunkt og fysiske egenskaper. jeg leder — plastmateriale, uknuselig og derfor lett å jobbe med. Når bly kombineres med tinn i riktig forhold (63 % tinn og 37 % bly), har legeringen et lavt smeltepunkt på 183 grader Celsius, noe som er en annen fordel.

Ved arbeid ved lav temperatur loddeprosesser det utøves bedre kontroll over fellesproduksjonsteknologien, mens de sveisede elementene ikke er følsomme for de minste temperaturavvikene. Lave temperaturer betyr også mindre belastning på utstyr og materialer (PCB og komponenter) som varmes opp under montering, og høyere produktivitet i elektronikkproduksjon på grunn av kortere oppvarmings- og nedkjølingstider.

Hovedincentivet for elektronikkindustrien i Europa til å begynne å bruke blyfri loddemetall var et blyforbud innført av EU. I henhold til restriksjonen i direktivet om farlige stoffer, måtte bly erstattes med andre stoffer innen 1. juli 2006 (direktivet forbyr også kvikksølv, kadmium, seksverdig krom og andre giftige stoffer).

Alle elektroniske komponenter som inneholder bly er nå forbudt i Europa. I denne forbindelse vil Russland før eller senere også måtte bytte til blyfrie tilkoblingsteknologier innen elektronikk.

Bly, fra et miljøperspektiv, er ikke et problem i seg selv så lenge det finnes i elektronisk utstyr. Men når elektroniske komponenter havner på søppelfyllinger, kan bly skylle ut av deponijorda og ut i drikkevannet. Risikoen øker i land der e-avfall blir masseimportert.

I Kina, for eksempel, er arbeidere uten verneutstyr, inkludert mange barn, engasjert i å demontere (lodde) resirkulerbare materialer fra elektroniske komponenter. I Russland, selv i dag, er blylodd svært vanlig i ikke-automatisert elektronikkproduksjon.

De skadelige effektene av bly på menneskers helse, selv ved lave nivåer, er velkjente: forstyrrelser i nerve- og fordøyelsessystemet, spesielt uttalt hos barn, og blyets evne til å samle seg i kroppen og forårsake alvorlig forgiftning.

Elektronikkprodusenter begynte å lete etter alternative loddemidler allerede i 1990, da de nå ratifiserte forslagene om å forby bly i USA ble diskutert. Eksperter i elektronikkindustrien gjennomgikk 75 alternative loddemetaller og reduserte listen til et halvt dusin.

Til slutt ble en kombinasjon av 95,5 % tinn, 3,9 % sølv og 0,6 % kobber, også kjent som SAC grade loddetinn (forkortelse av de første bokstavene i elementene Sn, Ag, Cu), valgt, noe som gir større pålitelighet og enkelhet med drift som erstatning for bly-bly loddetinn. Smeltepunktet til SAC-loddemetall er 217 grader, det er nær smeltepunktet til konvensjonell bly-bly-loddemetall (183 ... 260 grader).

Skrueløs loddetinn

SAC-loddemidler er mye brukt i offshoreindustrien i dag. Å introdusere nye typer loddemetall har krevd mye innsats fra elektronikkselskapene. Eksperter var bekymret for at i den innledende fasen av introduksjonen av blyfri loddemetall var en økning i feilraten for elektroniske produkter mulig.

I denne forbindelse produseres utstyr som er involvert i menneskers liv og sikkerhet, for eksempel elektronikk for sykehus, ved hjelp av gammel teknologi. Forbudet mot blylodd gjelder foreløpig heller ikke for mobiltelefoner og digitalkameraer. Det er heller ikke noe definitivt svar på den fullstendige sikkerheten til de nye sølvbaserte loddene - dette metallet er giftig for vannlevende dyr.

Blyfri fluss

Seksjon. 1.Sammenlignende egenskaper for noen SAC-loddemetaller og tinn-bly-loddemetall

Et mer vågalt eksperimentelt alternativ til lodding av blylodd er bruken av elektrisk ledende lim... Dette er polymerer, silikon eller polyamid som inneholder små flak av metaller, oftest sølv. Polymerer limer elektroniske komponenter og metallflak leder elektrisitet.

Disse limene gir en lang rekke fordeler. Den elektriske ledningsevnen til sølv er svært høy og dens elektriske motstand er lav. Temperaturen som kreves for å påføre PCB-monteringslim er mye lavere (150 grader) enn den som kreves for blybaserte loddemidler. Derfor spares for det første strøm, og for det andre blir elektroniske komponenter utsatt for mindre oppvarming, som et resultat av at deres pålitelighet øker.

Finsk forskning presentert i 2000 på den 4. internasjonale konferansen om lim og beleggsteknologier i elektronikkindustrien viser at elektrisk ledende lim danner enda sterkere bindinger enn tradisjonelle loddemidler.

Hvis forskere klarer å øke den elektriske ledningsevnen til slike lim, kan de erstatte tradisjonelle loddemidler fullstendig. Så langt har disse materialene blitt brukt til et lite antall små ledende forbindelser strømstyrke — for lodding av flytende krystallskjermer og krystaller. Forskning på dette området er fokusert på tilsetning av dikarboksylsyremolekyler, som gir en forbindelse mellom sølvflakene og dermed øker den elektriske ledningsevnen til materialet.

Et alvorlig problem med elektrisk ledende lim er mulig ødeleggelse når komponenter varmes opp over 150 grader.Det er andre bekymringer om elektrisk ledende lim. Over tid reduseres limets evne til å lede strøm. Og vannet som polymeren kan absorbere vil forårsake korrosjon. Når det slippes fra en høyde, viser lim sprø egenskaper, og gummidopete polymerer vil bli utviklet for å forbedre deres elastisitet i fremtiden. Utilstrekkelig kunnskap om dette materialet kan ytterligere avdekke andre, foreløpig ukjente, problemer.

Ledende lim forventes å bli brukt i forbrukerelektronikk (mobiltelefoner og digitale kameraer) der pålitelighet ikke er kritisk, for eksempel medisinsk og flyelektronikk.