Tehnologije lemljenja bez olova: SAC lemovi i vodljiva ljepila

Desetljećima se olovno-kositreni lem koristi za pričvršćivanje elektroničkih komponenti, lemljenje tiskanih pločica. Ozbiljni štetni učinci na zdravlje povezani s uporabom olova potaknuli su energične napore u elektroničkoj industriji da se pronađu zamjene za olovni lem. Znanstvenici sada vjeruju da su otkrili neke obećavajuće mogućnosti: alternativne lemove izrađene od legura i polimernih sastava poznatih kao vodljivo ljepilo.

Lemljenje je okosnica proizvodnje elektronike. Olovo je bilo savršeno kao lem. Vjerojatno je sva elektronika dizajnirana oko tališta i fizičkih svojstava olova. Ja vodim — plastični materijal, nesalomljiv i stoga jednostavan za rad. Kada se olovo spoji s kositrom u ispravnom omjeru (63% kositra i 37% olova), legura ima nisko talište od 183 stupnja Celzijusa, što je još jedna prednost.

Pri radu na niskim temperaturama postupci lemljenja ostvaruje se bolji nadzor nad tehnologijom izrade spojeva, a zavareni elementi nisu osjetljivi ni na najmanja temperaturna odstupanja. Niske temperature također znače manji stres za opremu i materijale (PCB-ove i komponente) koji se zagrijavaju tijekom sastavljanja te veću produktivnost u proizvodnji elektronike zbog kraćih vremena zagrijavanja i hlađenja.

Glavni poticaj elektroničkoj industriji u Europi da počne koristiti lemove bez olova bila je zabrana olova koju je nametnula Europska unija. Prema ograničenju Direktive o opasnim tvarima, olovo je trebalo zamijeniti drugim tvarima do 1. srpnja 2006. (Direktiva također zabranjuje živu, kadmij, šestovalentni krom i druge otrovne tvari).

Sve elektroničke komponente koje sadrže olovo sada su zabranjene u Europi. U tom smislu, Rusija će prije ili kasnije također morati prijeći na tehnologije spajanja bez olova u elektronici.

Olovo, iz ekološke perspektive, samo po sebi nije problem sve dok ga sadrži elektronička oprema. Međutim, kada elektroničke komponente završe na odlagalištima, olovo se može isprati iz tla na odlagalištu i dospjeti u pitku vodu. Rizik se povećava u zemljama u koje se e-otpad masovno uvozi.

U Kini, na primjer, radnici bez zaštitne opreme, uključujući mnogo djece, angažirani su na rastavljanju (lemljenju) materijala koji se mogu reciklirati iz elektroničkih komponenti. U Rusiji su i danas olovni lemovi vrlo česti u neautomatiziranoj proizvodnji elektronike.

Dobro su poznati štetni učinci olova na ljudsko zdravlje, čak iu niskim razinama: poremećaji živčanog i probavnog sustava, posebno izraženi u djece, te sposobnost olova da se nakuplja u tijelu, uzrokujući teška trovanja.

Proizvođači elektronike počeli su tražiti alternativne lemove još 1990., kada se raspravljalo o sada ratificiranim prijedlozima zabrane olova u SAD-u. Stručnjaci za elektroničku industriju pregledali su 75 alternativnih lemova i smanjili taj popis na pola tuceta.

Na kraju je odabrana kombinacija 95,5% kositra, 3,9% srebra i 0,6% bakra, poznata i kao SAC grade lem (skraćenica od prvih slova elemenata Sn, Ag, Cu), koja daje veću pouzdanost i jednostavnost rad kao zamjena za olovno-olovni lem. Talište SAC lema je 217 stupnjeva, blizu je tališta konvencionalnog olovno-olovnog lema (183 ... 260 stupnjeva).

Lemljenje bez vijaka

SAC lemovi danas se naširoko koriste u offshore industriji. Uvođenje novih vrsta lemova iziskivalo je puno truda od strane elektroničkih tvrtki. Stručnjaci su bili zabrinuti da je u početnoj fazi uvođenja lemova bez olova moguće povećanje stope kvarova elektroničkih proizvoda.

U tom smislu, oprema koja je uključena u život i sigurnost ljudi, na primjer, elektronika za bolnice, proizvodi se korištenjem starih tehnologija. Zabrana olovnog lema također se još ne odnosi na mobilne telefone i digitalne fotoaparate. Također nema definitivnog odgovora o potpunoj sigurnosti novih lemova na bazi srebra - ovaj metal je otrovan za vodene životinje.

Bezolovni fluks

Odjeljak. 1.Usporedne karakteristike nekih SAC lemova i kositreno-olovnog lema

Odvažnija eksperimentalna alternativa lemljenju olovnog lema je uporaba elektrovodljivih ljepila... To su polimeri, silikoni ili poliamidi koji sadrže sitne ljuskice metala, najčešće srebra. Polimeri lijepe elektroničke komponente, a metalne ljuskice provode struju.

Ova ljepila nude širok raspon prednosti. Električna vodljivost srebra je vrlo visoka, a njegov električni otpor je nizak. Temperatura potrebna za nanošenje ljepila za PCB sklop je mnogo niža (150 stupnjeva) od one potrebne za lemove na bazi olova. Dakle, kao prvo, štedi se električna energija, a kao drugo, elektroničke komponente su manje izložene zagrijavanju, čime se povećava njihova pouzdanost.

Finsko istraživanje predstavljeno 2000. godine na 4. međunarodnoj konferenciji o ljepilima i tehnologijama premaza u elektroničkoj industriji pokazuje da električki vodljiva ljepila stvaraju čak jače veze od tradicionalnih lemova.

Ako znanstvenici uspiju povećati električnu vodljivost takvih ljepila, ona mogu u potpunosti zamijeniti tradicionalne lemove. Do sada su se ti materijali koristili za mali broj malih vodljivih spojeva jakost struje — za lemljenje zaslona s tekućim kristalima i kristala. Istraživanja u ovom području usmjerena su na dodavanje molekula dikarboksilne kiseline, koje stvaraju vezu između srebrnih ljuskica i sukladno tome povećavaju električnu vodljivost materijala.

Ozbiljan problem s elektrovodljivim ljepilima je moguće uništenje kada se komponente zagrijavaju iznad 150 stupnjeva.Postoje i druge nedoumice u vezi s električno vodljivim ljepilima. S vremenom se smanjuje sposobnost ljepila da provode struju. A voda koju polimer može apsorbirati izazvat će koroziju. Kada padnu s visine, ljepila pokazuju krhka svojstva, a polimeri s gumom će se razvijati kako bi se poboljšala njihova elastičnost u budućnosti. Nedovoljno poznavanje ovog materijala može dalje otkriti druge, još nepoznate probleme.

Očekuje se da će se vodljiva ljepila koristiti u potrošačkoj elektronici (mobilni telefoni i digitalne kamere) gdje pouzdanost nije kritična, kao što je medicina i avionika.