Безоловни технологии за запояване: SAC спойки и електропроводими лепила

В продължение на десетилетия оловно-калайната спойка се използва за обезопасяване на електронни компоненти, спояване на печатни платки. Сериозните неблагоприятни последици за здравето, свързани с използването на олово, породиха енергични усилия в електронната индустрия да намерят заместители на оловни спойки. Учените сега смятат, че са открити някои обещаващи възможности: алтернативни спойки от сплави и полимерни състави, известни като проводимо лепило.

Запояването е гръбнакът на производството на електроника. Оловото беше идеално като спойка. Може да се каже, че цялата електроника е проектирана около точката на топене и физичните свойства на оловото. Водя — пластмасов материал, не се счупва и затова е лесно да се работи с него. Когато оловото се комбинира с калай в правилното съотношение (63% калай и 37% олово), сплавта има ниска точка на топене от 183 градуса по Целзий, което е друго предимство.

При работа с ниска температура процеси на запояване упражнява се по -добър контрол върху технологията на производство на фуги, докато споените елементи не са чувствителни към най -малките температурни отклонения. Ниските температури също означават по -малко натоварване на оборудването и материалите (печатни платки и компоненти), които се нагряват по време на сглобяването, и по -висока производителност в производството на електроника поради по -кратките времена за нагряване и охлаждане.

Основният стимул за електронната индустрия в Европа да започне да използва спойки без олово беше забрана за олово, наложена от Европейския съюз. Съгласно ограничението на Директивата за опасните вещества, до 1 юли 2006 г. оловото трябваше да бъде заменено с други вещества (директивата забранява също живак, кадмий, шестовалентен хром и други токсични вещества).

Всички електронни компоненти, които имат олово в състава си, сега са обект на забрана в Европа. В тази връзка рано или късно Русия също ще трябва да премине към безсвинцови технологии за свързване в електрониката.

Оловото, от гледна точка на околната среда, само по себе си не е проблем, стига да се съдържа в електронното оборудване. Въпреки това, когато електронните компоненти попаднат на депа, оловото може да се измие от почвата на депото и да попадне в питейна вода. Рискът се увеличава в страни, където масово се внасят електронни отпадъци.

В Китай например работници без предпазни средства, включително много деца, се занимават с разглобяване (разпаяване) на рециклируеми материали от електронни компоненти. В Русия и до днес оловните спойки са много разпространени в неавтоматизираното производство на електроника.

Вредните ефекти на оловото върху човешкото здраве, дори при ниски нива, са добре известни: нарушения на нервната и храносмилателната система, особено изразени при деца, и способността на оловото да се натрупва в организма, причинявайки тежко отравяне.

Производителите на електроника започнаха да търсят алтернативни спойки още през 1990 г., когато бяха обсъдени ратифицираните сега предложения за забрана на оловото в САЩ. Експертите от електронната индустрия прегледаха 75 алтернативни спойки и намалиха този списък до половин дузина.

В крайна сметка беше избрана комбинация от 95,5% калай, 3,9% сребро и 0,6% мед, известна още като Припой от клас SAC (съкращение от първите букви на елементите Sn, Ag, Cu), осигуряващо по-голяма надеждност и лекота на работа като заместител на оловно-оловно спойка. Точката на топене на SAC спойка е 217 градуса, тя е близка до точката на топене на конвенционалната оловно-оловна спойка (183 … 260 градуса).

Безвинцова спойка

Припоите SAC се използват широко в отвъдморската индустрия днес. Въвеждането на нови видове спойки отне много усилия от страна на компаниите за електроника. Експертите бяха обезпокоени, че на началния етап от въвеждането на безоловни спойки е възможно увеличаване на степента на повреда на електронните продукти.

В тази връзка оборудване, което участва в живота и безопасността на хората, например електроника за болници, се произвежда по стари технологии. Забраната за оловни спойки също все още не важи за мобилни телефони и цифрови фотоапарати. Няма и категоричен отговор относно пълната безопасност на новите спойки на базата на сребро — този метал е токсичен за водните животни.

Безоловен поток

Раздел. 1. Сравнителни характеристики на някои спойки SAC и калаено-оловно спойка

По-смела експериментална алтернатива на спояващото оловно спойка е използване на електропроводими лепила… Това са полимери, силикон или полиамид, съдържащи малки люспи от метали, най -често сребро. Полимерите залепват електронни компоненти, а металните люспи провеждат електричество.

Тези лепила предлагат широк спектър от предимства. Електрическата проводимост на среброто е много висока, а електрическото му съпротивление е ниско. Необходимата температура за нанасяне на лепила за монтаж на печатни платки е много по-ниска (150 градуса) от тази, необходима за спойки на базата на олово. Поради това, първо, се спестява електричество, и второ, електронните компоненти са изложени на по -малко нагряване, в резултат на което се повишава тяхната надеждност.

Финландско изследване, представено през 2000 г. на 4 -тата международна конференция за лепила и технологии за нанасяне на покрития в електронната промишленост, показва, че електропроводимите лепила образуват още по -здрави връзки от традиционните спойки.

Ако учените успеят да увеличат електропроводимостта на такива лепила, те могат напълно да заменят традиционните спойки. Досега тези материали са били използвани за малък брой съединения, провеждащи малък ампераж — за запояване на течнокристални дисплеи и кристали. Изследванията в тази област са насочени към добавяне на молекули дикарбоксилова киселина, които осигуряват връзка между сребърните люспи и съответно увеличават електрическата проводимост на материала.

Сериозен проблем с електропроводимите лепила е възможното разрушаване, когато компонентите се нагряват над 150 градуса. Съществуват и други опасения относно електропроводимите лепила. С течение на времето способността на лепилата да провеждат електричество намалява. А водата, която полимерът може да абсорбира, ще доведе до корозия. При падане от височина, лепилата проявяват крехки свойства и ще бъдат разработени полимери, легирани с каучук, за да се подобри еластичността им в бъдеще. Недостатъчното познаване на този материал може допълнително да разкрие други, все още неизвестни проблеми.

Очаква се използването на проводими лепила в областта на потребителската електроника (мобилни телефони и цифрови фотоапарати), където надеждността не е от решаващо значение, например в медицината и авиационната електроника.