Litavimo bešvinės technologijos: SAC lydmetaliai ir laidžios klijai
Dešimtmečius švino ir alavo lydmetalis buvo naudojamas elektroniniams komponentams, spausdintinėms plokštėms lituoti. Rimtas neigiamas poveikis sveikatai, susijęs su švino naudojimu, paskatino elektronikos pramonės pastangas ieškoti švino lydmetalio pakaitalų. Dabar mokslininkai tiki atradę daug žadančių galimybių: alternatyvius lydmetalius, pagamintus iš lydinių ir polimerų kompozicijų, žinomų kaip laidūs klijai.
Litavimas yra elektronikos gamybos pagrindas. Švinas puikiai tiko kaip lydmetalis. Galima teigti, kad visa elektronika sukurta atsižvelgiant į lydymosi temperatūrą ir fizines švino savybes. Aš vadovauju — plastikinė medžiaga, nedūžtanti, todėl lengva dirbti. Kai švinas derinamas su alavu tinkamu santykiu (63 % alavo ir 37 % švino), lydinio lydymosi temperatūra yra žema – 183 laipsniai Celsijaus, o tai yra dar vienas privalumas.
Dirbant žemoje temperatūroje litavimo procesai geriau kontroliuojama jungčių gamybos technologija, o suvirinti elementai nėra jautrūs mažiausiems temperatūros nuokrypiams. Žema temperatūra taip pat reiškia mažesnį įtampą įrangai ir medžiagoms (PCB ir komponentams), kurios įkaista surinkimo metu, ir didesnį elektronikos gamybos produktyvumą dėl trumpesnio įkaitinimo ir aušinimo laiko.
Pagrindinė paskata Europos elektronikos pramonei pradėti naudoti bešvinius lydmetalius buvo Europos Sąjungos įvestas švino draudimas. Pagal Pavojingų medžiagų direktyvos apribojimą iki 2006 m. liepos 1 d. švinas turėjo būti pakeistas kitomis medžiagomis (direktyva taip pat draudžia gyvsidabrį, kadmį, šešiavalentį chromą ir kitas toksines medžiagas).
Dabar Europoje uždrausti visi elektroniniai komponentai, kuriuose yra švino. Šiuo atžvilgiu Rusija anksčiau ar vėliau taip pat turės pereiti prie bešvinio ryšio technologijų elektronikoje.
Aplinkos požiūriu švinas savaime nėra problema, kol jo yra elektroninėje įrangoje. Tačiau kai elektroniniai komponentai patenka į sąvartynus, švinas gali išplauti iš sąvartyno dirvožemio ir patekti į geriamąjį vandenį. Rizika didėja šalyse, į kurias masiškai importuojamos elektroninės atliekos.
Pavyzdžiui, Kinijoje apsauginių priemonių neturintys darbuotojai, tarp jų daug vaikų, užsiima perdirbamų medžiagų išmontavimu (litavimu) iš elektroninių komponentų. Rusijoje net ir šiandien švino lydmetalis yra labai paplitęs neautomatizuotoje elektronikos gamyboje.
Žalingas švino poveikis žmonių sveikatai, net ir esant nedideliam kiekiui, yra gerai žinomas: nervų ir virškinimo sistemų sutrikimai, ypač ryškūs vaikams, ir švino gebėjimas kauptis organizme, sukeliantis sunkų apsinuodijimą.
Elektronikos gamintojai alternatyvių lydmetalių pradėjo ieškoti dar 1990 m., kai buvo aptarti dabar jau ratifikuoti siūlymai uždrausti šviną JAV. Elektronikos pramonės ekspertai peržiūrėjo 75 alternatyvius lydmetalius ir sumažino šį sąrašą iki pusės tuzino.
Galiausiai buvo pasirinktas 95,5 % alavo, 3,9 % sidabro ir 0,6 % vario derinys, dar žinomas kaip SAC tipo lydmetalis (elementų Sn, Ag, Cu pirmųjų raidžių santrumpa), užtikrinantis didesnį patikimumą ir lengvumą. veikia kaip švino ir švino lydmetalio pakaitalas. SAC lydmetalio lydymosi temperatūra yra 217 laipsnių, ji artima įprasto švino-švino lydmetalio lydymosi temperatūrai (183 ... 260 laipsnių).
Lydmetalis be varžtų
SAC lydmetaliai šiandien plačiai naudojami atviroje jūroje. Naujų lydmetalių rūšių pristatymas pareikalavo daug elektronikos įmonių pastangų. Ekspertai buvo susirūpinę, kad pradiniame bešvinių lydmetalių įvedimo etape buvo įmanoma padidinti elektroninių gaminių gedimų skaičių.
Šiuo atžvilgiu įranga, susijusi su žmonių gyvybe ir saugumu, pavyzdžiui, ligoninių elektronika, gaminama naudojant senas technologijas. Švino lydmetalio draudimas taip pat dar netaikomas mobiliesiems telefonams ir skaitmeniniams fotoaparatams. Taip pat nėra galutinio atsakymo apie visišką naujųjų sidabro lydmetalių saugumą – šis metalas yra toksiškas vandens gyvūnams.
Bešvinis srautas
Skyrius. 1.Kai kurių SAC lydmetalių ir alavo-švino lydmetalių lyginamosios charakteristikos
Drąsesnė eksperimentinė alternatyva litavimui švino lydmetaliu yra elektrai laidžių klijų naudojimas... Tai polimerai, silikonas ar poliamidas, turintys smulkių metalų dribsnių, dažniausiai sidabro. Polimerai klijuoja elektroninius komponentus, o metaliniai dribsniai praleidžia elektrą.
Šie klijai turi daugybę privalumų. Sidabro elektrinis laidumas yra labai didelis, o jo elektrinė varža maža. Temperatūra, reikalinga naudojant PCB surinkimo klijus, yra daug žemesnė (150 laipsnių) nei reikia švino lydmetalių. Todėl, pirma, sutaupoma elektros energijos, antra, elektroniniai komponentai mažiau įkaista, todėl padidėja jų patikimumas.
2000 m. 4-ojoje tarptautinėje elektronikos pramonės klijų ir dengimo technologijų konferencijoje pristatyti Suomijos tyrimai rodo, kad elektrai laidūs klijai sudaro dar stipresnius ryšius nei tradiciniai lydmetaliai.
Jei mokslininkams pavyks padidinti tokių klijų elektrinį laidumą, jie gali visiškai pakeisti tradicinius lydmetalius. Iki šiol šios medžiagos buvo naudojamos nedaugeliui mažų laidžių junginių srovės stipris — skystųjų kristalų ekranams ir kristalams lituoti. Šios srities moksliniai tyrimai yra orientuoti į dikarboksirūgšties molekulių pridėjimą, kurios suteikia ryšį tarp sidabro dribsnių ir atitinkamai padidina medžiagos elektrinį laidumą.
Rimta problema, susijusi su elektrai laidžiais klijais, yra galimas sunaikinimas, kai komponentai įkaista virš 150 laipsnių.Yra ir kitų rūpesčių dėl elektrai laidžių klijų. Laikui bėgant, klijų gebėjimas pravesti elektrą mažėja. O vanduo, kurį polimeras gali sugerti, sukels koroziją. Nukritę iš aukščio, klijai pasižymi trapiomis savybėmis, o ateityje bus sukurti su guma legiruoti polimerai, kurie pagerins jų elastingumą. Nepakankamos žinios apie šią medžiagą gali atskleisti kitas, dar nežinomas problemas.
Numatoma, kad laidus klijai bus naudojami plataus vartojimo elektronikoje (mobiliuosiuose telefonuose ir skaitmeniniuose fotoaparatuose), kur patikimumas nėra labai svarbus, pavyzdžiui, medicinoje ir aviacijos elektronikoje.