Bezsvina lodēšanas tehnoloģijas: SAC lodmetāli un vadošās līmvielas

Gadu desmitiem svina-alvas lodmetāls ir izmantots elektronisko komponentu nostiprināšanai, iespiedshēmu plates lodēšanai. Nopietnā nelabvēlīgā ietekme uz veselību, kas saistīta ar svina lietošanu, ir radījusi enerģiskus pūliņus elektronikas nozarē, lai atrastu svina lodmetāla aizstājējus. Zinātnieki tagad uzskata, ka ir atklājuši dažas daudzsološas iespējas: alternatīvus lodmetālus, kas izgatavoti no sakausējumiem un polimēru kompozīcijām, kas pazīstamas kā vadoša līme.

Lodēšana ir elektronikas ražošanas mugurkauls. Svins bija ideāls kā lodmetāls. Iespējams, visa elektronika ir veidota atkarībā no svina kušanas punkta un fizikālajām īpašībām. Es vadu — plastmasas materiāls, neplīstošs un tāpēc viegli apstrādājams. Ja svinu savieno ar alvu pareizā attiecībā (63% alvas un 37% svina), sakausējumam ir zema kušanas temperatūra 183 grādi pēc Celsija, kas ir vēl viena priekšrocība.

Strādājot zemā temperatūrā lodēšanas procesi tiek labāk kontrolēta savienojuma izgatavošanas tehnoloģija, savukārt metinātie elementi nav jutīgi pret mazākajām temperatūras novirzēm. Zema temperatūra nozīmē arī mazāku slodzi uz iekārtām un materiāliem (PCB un komponentiem), kas sakarst montāžas laikā, un lielāku produktivitāti elektronikas ražošanā, jo ir īsāks uzsilšanas un atdzišanas laiks.

Galvenais stimuls elektronikas industrijai Eiropā sākt izmantot bezsvinu lodmetālus bija Eiropas Savienības noteiktais svina aizliegums. Saskaņā ar Bīstamo vielu direktīvas ierobežojumu līdz 2006. gada 1. jūlijam svins bija jāaizstāj ar citām vielām (direktīva aizliedz arī dzīvsudrabu, kadmiju, sešvērtīgo hromu un citas toksiskas vielas).

Tagad Eiropā ir aizliegti visi elektroniskie komponenti, kas satur svinu. Šajā sakarā agri vai vēlu arī Krievijai būs jāpāriet uz bezsvina savienojumu tehnoloģijām elektronikā.

No vides viedokļa svins pats par sevi nav problēma, ja vien tas atrodas elektroniskajās iekārtās. Tomēr, ja elektroniskie komponenti nonāk poligonos, svins var izskalot no poligona augsnes un nonākt dzeramajā ūdenī. Risks palielinās valstīs, kur masveidā tiek importēti e-atkritumi.

Piemēram, Ķīnā strādnieki bez aizsardzības līdzekļiem, tostarp daudzi bērni, nodarbojas ar pārstrādājamu materiālu izjaukšanu (lodēšanu) no elektroniskām detaļām. Krievijā arī mūsdienās svina lodmetāli ir ļoti izplatīti neautomatizētās elektronikas ražošanā.

Svina kaitīgā ietekme uz cilvēka veselību pat zemā daudzumā ir labi zināma: nervu un gremošanas sistēmas traucējumi, īpaši izteikti bērniem, un svina spēja uzkrāties organismā, izraisot smagu saindēšanos.

Elektronikas ražotāji sāka meklēt alternatīvus lodmetālus jau 1990. gadā, kad tika apspriesti šobrīd ratificētie priekšlikumi par svina aizliegšanu ASV. Elektronikas nozares eksperti pārskatīja 75 alternatīvus lodmetālus un samazināja šo sarakstu līdz pusducim.

Galu galā tika izvēlēta 95,5% alvas, 3,9% sudraba un 0,6% vara kombinācija, kas pazīstama arī kā SAC kategorijas lodmetāls (elementu Sn, Ag, Cu pirmo burtu saīsinājums), nodrošinot lielāku uzticamību un vieglu izmantošanu. darbība kā svina-svina lodmetāla aizstājējs. SAC lodmetāla kušanas temperatūra ir 217 grādi, tā ir tuvu parastā svina-svina lodmetāla kušanas temperatūrai (183 ... 260 grādi).

Bezskrūvju lodēšana

SAC lodmetāli mūsdienās tiek plaši izmantoti ārzonas nozarē. Jaunu lodēšanas veidu ieviešana ir prasījusi daudz pūļu no elektronikas uzņēmumu puses. Eksperti bija nobažījušies, ka bezsvina lodmetālu ieviešanas sākotnējā posmā bija iespējams palielināt elektronisko izstrādājumu atteices līmeni.

Šajā sakarā iekārtas, kas saistītas ar cilvēku dzīvību un drošību, piemēram, slimnīcu elektronika, tiek ražotas, izmantojot vecās tehnoloģijas. Arī svina lodēšanas aizliegums pagaidām neattiecas uz mobilajiem telefoniem un digitālajām kamerām. Nav arī galīgas atbildes par jauno sudraba lodmetālu pilnīgu drošību — šis metāls ir toksisks ūdensdzīvniekiem.

Bezsvina plūsma

sadaļa. 1.Dažu SAC lodmetālu un alvas-svina lodmetālu salīdzinošie raksturlielumi

Drosmīgāka eksperimentāla alternatīva svina lodēšanai ir elektriski vadošu līmvielu izmantošana... Tie ir polimēri, silikons vai poliamīds, kas satur nelielas metālu pārsliņas, visbiežāk sudrabu. Polimēri līmē elektroniskās detaļas un metāla pārslas vada elektrību.

Šīs līmes piedāvā plašu priekšrocību klāstu. Sudraba elektriskā vadītspēja ir ļoti augsta, un tā elektriskā pretestība ir zema. Temperatūra, kas nepieciešama PCB montāžas līmju uzklāšanai, ir daudz zemāka (150 grādi) nekā tā, kas nepieciešama svinu saturošiem lodmetāliem. Tāpēc, pirmkārt, tiek ietaupīta elektroenerģija, un, otrkārt, elektroniskie komponenti tiek pakļauti mazākai karsēšanai, kā rezultātā palielinās to uzticamība.

Somijas pētījumi, kas tika prezentēti 2000. gadā 4. starptautiskajā konferencē par līmvielām un pārklājuma tehnoloģijām elektronikas nozarē, liecina, ka elektriski vadošās līmes veido vēl spēcīgākas saites nekā tradicionālie lodmetāli.

Ja zinātniekiem izdosies palielināt šādu līmvielu elektrovadītspēju, tās var pilnībā aizstāt tradicionālos lodmetālus. Līdz šim šie materiāli ir izmantoti nelielam skaitam mazu vadošu savienojumu strāvas stiprums — šķidro kristālu displeju un kristālu lodēšanai. Pētījumi šajā jomā ir vērsti uz dikarboksilskābes molekulu pievienošanu, kas nodrošina savienojumu starp sudraba pārslām un attiecīgi palielina materiāla elektrovadītspēju.

Nopietna problēma ar elektrību vadošām līmēm ir iespējama iznīcināšana, kad sastāvdaļas tiek uzkarsētas virs 150 grādiem.Ir arī citas bažas par elektriski vadošām līmēm. Laika gaitā līmju spēja vadīt elektrību samazinās. Un ūdens, ko polimērs var absorbēt, izraisīs koroziju. Nokrītot no augstuma, līmes uzrāda trauslas īpašības, un tiks izstrādāti ar gumiju leģēti polimēri, lai uzlabotu to elastību nākotnē. Nepietiekamas zināšanas par šo materiālu var atklāt citas, vēl nezināmas problēmas.

Paredzams, ka vadošās līmes tiks izmantotas plaša patēriņa elektronikā (mobilajos tālruņos un digitālajās kamerās), kur uzticamība nav kritiska, piemēram, medicīnā un avionikā.