Lyijyttömät juotostekniikat: SAC-juotteet ja johtavat liimat

Lyijy-tinajuotetta on käytetty vuosikymmeniä elektronisten komponenttien, painettujen piirilevyjen juottamiseen. Lyijyn käyttöön liittyvät vakavat haitalliset terveysvaikutukset ovat synnyttäneet elektroniikkateollisuudessa voimakkaita ponnisteluja löytääkseen korvikkeita lyijyjuotteelle. Tutkijat uskovat nyt löytäneensä joitain lupaavia mahdollisuuksia: vaihtoehtoisia juotoksia, jotka on valmistettu metalliseoksista ja polymeerikoostumuksista, jotka tunnetaan johtavana liimana.

Juotos on elektroniikan valmistuksen selkäranka. Lyijy oli täydellinen juotteena. Voidaan väittää, että kaikki elektroniikka on suunniteltu lyijyn sulamispisteen ja fysikaalisten ominaisuuksien ympärille. minä johdan — muovimateriaali, rikkoutumaton ja siksi helppo työstää. Kun lyijyä yhdistetään tinaan oikeassa suhteessa (63 % tinaa ja 37 % lyijyä), lejeeringillä on alhainen sulamispiste 183 celsiusastetta, mikä on toinen etu.

Kun työskentelet alhaisessa lämpötilassa juotosprosessit sauman valmistustekniikkaa ohjataan paremmin, kun taas hitsatut elementit eivät ole herkkiä pienimmille lämpötilapoikkeamille. Alhaiset lämpötilat merkitsevät myös vähemmän rasitusta laitteille ja materiaaleille (piirilevyt ja komponentit), jotka kuumenevat kokoonpanon aikana, ja parempaa tuottavuutta elektroniikan valmistuksessa lyhyempien lämmitys- ja jäähdytysaikojen ansiosta.

Euroopan elektroniikkateollisuuden tärkein kannustin lyijyttömien juotteiden käytön aloittamiseen oli Euroopan unionin asettama lyijykielto. Vaarallisten aineiden direktiivin rajoituksen mukaan lyijy oli korvattava muilla aineilla 1.7.2006 mennessä (direktiivi kieltää myös elohopean, kadmiumin, kuusiarvoisen kromin ja muut myrkylliset aineet).

Kaikki lyijyä sisältävät elektroniset komponentit ovat nyt kiellettyjä Euroopassa. Tältä osin myös Venäjän on ennemmin tai myöhemmin siirryttävä elektroniikassa lyijyttömään liitäntäteknologioihin.

Lyijy ei ympäristön kannalta sinänsä ole ongelma, kunhan sitä on elektroniikkalaitteissa. Kuitenkin, kun elektroniset komponentit päätyvät kaatopaikoille, lyijy voi huuhtoutua pois kaatopaikan maaperästä juomaveteen. Riski kasvaa maissa, joihin sähköjätettä tuodaan massiivisesti.

Esimerkiksi Kiinassa työntekijät ilman suojavarusteita, mukaan lukien monet lapset, purkavat (juottavat) kierrätysmateriaaleja elektronisista komponenteista. Venäjällä lyijyjuotteet ovat nykyäänkin hyvin yleisiä ei-automaattisessa elektroniikan valmistuksessa.

Lyijyn haitalliset vaikutukset ihmisten terveyteen, jopa alhaisina määrinä, tunnetaan hyvin: hermoston ja ruoansulatusjärjestelmän häiriöt, erityisesti lapsilla, sekä lyijyn kyky kertyä elimistöön aiheuttaen vakavan myrkytyksen.

Elektroniikkavalmistajat alkoivat etsiä vaihtoehtoisia juotteita jo vuonna 1990, jolloin keskusteltiin nyt ratifioiduista ehdotuksista lyijyn kieltämiseksi Yhdysvalloissa. Elektroniikkateollisuuden asiantuntijat tarkastelivat 75 vaihtoehtoista juotetta ja pienensivät luettelon puoleen tusinaan.

Lopulta valittiin yhdistelmä, jossa oli 95,5 % tinaa, 3,9 % hopeaa ja 0,6 % kuparia, joka tunnetaan myös nimellä SAC-laatuinen juote (lyhenne elementtien Sn, Ag, Cu ensimmäisistä kirjaimista), mikä lisäsi luotettavuutta ja helpottaa käyttöä. toimii lyijy-lyijyjuotteen korvikkeena. SAC-juotteen sulamispiste on 217 astetta, se on lähellä tavanomaisen lyijy-lyijyjuotteen sulamispistettä (183 ... 260 astetta).

Ruuviton juotos

SAC-juotoksia käytetään nykyään laajasti offshore-teollisuudessa. Uusien juotostyyppien käyttöönotto on vaatinut elektroniikkayrityksiltä paljon vaivaa. Asiantuntijat olivat huolissaan siitä, että lyijyttömien juotteiden käyttöönoton alkuvaiheessa elektroniikkatuotteiden vikaantuminen oli mahdollista.

Tässä suhteessa ihmisten elämään ja turvallisuuteen liittyvät laitteet, esimerkiksi sairaaloiden elektroniikka, valmistetaan vanhoilla teknologioilla. Lyijyjuotteen kielto ei myöskään vielä koske matkapuhelimia ja digitaalikameroita. Uusien hopeapohjaisten juotteiden täydellisestä turvallisuudesta ei myöskään ole olemassa lopullista vastausta – tämä metalli on myrkyllistä vesieläimille.

Lyijytön juoksute

osio. 1.Joidenkin SAC-juotteiden ja tina-lyijyjuotteiden vertailuominaisuudet

Rohkeampi kokeellinen vaihtoehto lyijyjuotteen juottamiseen on sähköä johtavien liimojen käyttö... Nämä ovat polymeerejä, silikonia tai polyamidia, jotka sisältävät pieniä metallihiutaleita, useimmiten hopeaa. Polymeerit liimaavat elektroniikkakomponentteja ja metallihiutaleet johtavat sähköä.

Nämä liimat tarjoavat laajan valikoiman etuja. Hopean sähkönjohtavuus on erittäin korkea ja sen sähkövastus pieni. PCB-kokoonpanoliimojen levittämiseen vaadittava lämpötila on paljon alhaisempi (150 astetta) kuin lyijypohjaisten juotteiden. Siksi ensinnäkin säästetään sähköä ja toiseksi elektroniset komponentit altistuvat vähemmän kuumuudelle, minkä seurauksena niiden luotettavuus paranee.

Vuonna 2000 4. kansainvälisessä elektroniikkateollisuuden liima- ja pinnoitusteknologiakonferenssissa esitelty suomalainen tutkimus osoittaa, että sähköä johtavat liimat muodostavat jopa vahvempia sidoksia kuin perinteiset juotokset.

Jos tutkijat onnistuvat lisäämään tällaisten liimojen sähkönjohtavuutta, ne voivat korvata perinteiset juotteet kokonaan. Toistaiseksi näitä materiaaleja on käytetty pieneen määrään pieniä johtavia yhdisteitä ampeeri — nestekidenäyttöjen ja kiteiden juottamiseen. Tämän alueen tutkimus keskittyy dikarboksyylihappomolekyylien lisäämiseen, jotka muodostavat yhteyden hopeahiutaleiden välille ja lisäävät siten materiaalin sähkönjohtavuutta.

Vakava ongelma sähköä johtavien liimojen kanssa on mahdollinen tuhoutuminen, kun komponentit kuumennetaan yli 150 astetta.Sähköä johtaviin liimoihin liittyy muitakin huolenaiheita. Ajan myötä liimojen kyky johtaa sähköä heikkenee. Ja vesi, jonka polymeeri voi imeä, aiheuttaa korroosiota. Kun liimat pudotetaan korkealta, ne osoittavat hauraita ominaisuuksia, ja jatkossa kehitetään kumiseostettuja polymeerejä parantamaan niiden elastisuutta. Tämän materiaalin riittämätön tuntemus saattaa paljastaa muita, toistaiseksi tuntemattomia ongelmia.

Johtavia liimoja odotetaan käytettävän kulutuselektroniikassa (matkapuhelimet ja digikamerat), joissa luotettavuus ei ole kriittinen, kuten lääketieteessä ja ilmailutekniikassa.