Technologie bezolovnatého pájení: SAC pájky a vodivá lepidla

Po desetiletí se olověná pájka používá k zabezpečení elektronických součástek, pájení desek plošných spojů. Vážné nepříznivé zdravotní účinky spojené s používáním olova vyvolaly v elektronickém průmyslu intenzivní úsilí o nalezení náhrad za olověné pájky. Vědci nyní věří, že objevili některé slibné možnosti: alternativní pájky vyrobené ze slitin a polymerních kompozic známých jako vodivé lepidlo.

Pájení je páteří výroby elektroniky. Olovo bylo dokonalé jako pájka. Je pravděpodobné, že veškerá elektronika je navržena kolem bodu tání a fyzikálních vlastností olova. vedu — plastový materiál, nerozbitný, a proto se s ním snadno pracuje. Když je olovo kombinováno s cínem ve správném poměru (63 % cínu a 37 % olova), slitina má nízký bod tání 183 stupňů Celsia, což je další výhoda.

Při práci při nízké teplotě pájecí procesy lepší kontrola technologie společné výroby, přičemž svařované prvky nejsou citlivé na nejmenší teplotní odchylky. Nízké teploty také znamenají menší namáhání zařízení a materiálů (desek plošných spojů a součástek), které se během montáže zahřívají, a vyšší produktivitu výroby elektroniky díky kratší době zahřívání a ochlazování.

Hlavním podnětem pro elektronický průmysl v Evropě, aby začal používat bezolovnaté pájky, byl zákaz olova uložený Evropskou unií. Podle omezení směrnice o nebezpečných látkách muselo být olovo do 1. července 2006 nahrazeno jinými látkami (směrnice rovněž zakazuje rtuť, kadmium, šestimocný chrom a další toxické látky).

Všechny elektronické součástky, které obsahují olovo, jsou nyní v Evropě zakázány. V tomto ohledu bude muset dříve nebo později také Rusko přejít v elektronice na technologie bezolovnatého připojení.

Olovo z hlediska životního prostředí není samo o sobě problémem, pokud je obsaženo v elektronických zařízeních. Když však elektronické součástky skončí na skládkách, olovo se může vyplavit z půdy skládky a dostat se do pitné vody. Riziko se zvyšuje v zemích, kam se e-odpad masově dováží.

V Číně se například pracovníci bez ochranných pomůcek, včetně mnoha dětí, zabývají rozebíráním (pájením) recyklovatelných materiálů z elektronických součástek. V Rusku jsou i dnes olověné pájky velmi běžné v neautomatizované výrobě elektroniky.

Škodlivé účinky olova na lidské zdraví, a to i v nízkých hladinách, jsou dobře známé: poruchy nervového a trávicího systému, zvláště výrazné u dětí, a schopnost olova hromadit se v těle, což způsobuje těžké otravy.

Výrobci elektroniky začali hledat alternativní pájky již v roce 1990, kdy se projednávaly nyní schválené návrhy na zákaz olova v USA. Odborníci z elektronického průmyslu přezkoumali 75 alternativních pájek a zredukovali tento seznam na půl tuctu.

Nakonec byla zvolena kombinace 95,5 % cínu, 3,9 % stříbra a 0,6 % mědi, známá také jako pájka třídy SAC (zkratka prvních písmen prvků Sn, Ag, Cu), poskytující větší spolehlivost a snadnost. provoz jako náhrada olověné pájky. Bod tání pájky SAC je 217 stupňů, je blízký bodu tání konvenční pájky olova a olova (183 ... 260 stupňů).

Bezšroubová pájka

Pájky SAC jsou dnes široce používány v offshore průmyslu. Zavedení nových typů pájky si vyžádalo mnoho úsilí ze strany elektronických společností. Odborníci se obávali, že v počáteční fázi zavádění bezolovnatých pájek bylo možné zvýšit poruchovost elektronických výrobků.

V tomto ohledu se zařízení, která se podílejí na životě a bezpečnosti lidí, například elektronika pro nemocnice, vyrábí pomocí starých technologií. Zákaz olovnaté pájky také zatím neplatí pro mobilní telefony a digitální fotoaparáty. Neexistuje také žádná definitivní odpověď ohledně úplné bezpečnosti nových pájek na bázi stříbra – tento kov je toxický pro vodní živočichy.

Bezolovnaté tavidlo

Sekce. 1.Srovnávací charakteristiky některých pájek SAC a pájky cínu a olova

Odvážnější experimentální alternativou k pájení olověné pájky je použití elektricky vodivých lepidel... Jde o polymery, silikon nebo polyamid obsahující drobné šupinky kovů, nejčastěji stříbra. Polymery lepí elektronické součástky a kovové vločky vedou elektřinu.

Tato lepidla nabízejí širokou škálu výhod. Elektrická vodivost stříbra je velmi vysoká a jeho elektrický odpor je nízký. Teplota potřebná k nanášení lepidel pro montáž PCB je mnohem nižší (150 stupňů) než teplota požadovaná pro pájky na bázi olova. Za prvé se tedy šetří elektřina a za druhé jsou elektronické součástky vystaveny menšímu zahřívání, v důsledku čehož se zvyšuje jejich spolehlivost.

Finský výzkum prezentovaný v roce 2000 na 4. mezinárodní konferenci o lepidlech a technologiích povlaků v elektronickém průmyslu ukazuje, že elektricky vodivá lepidla tvoří ještě pevnější vazby než tradiční pájky.

Pokud se vědcům podaří zvýšit elektrickou vodivost takových lepidel, mohou zcela nahradit tradiční pájky. Dosud byly tyto materiály používány pro malý počet malých vodivých sloučenin proud — pro pájení displejů a krystalů z tekutých krystalů. Výzkum v této oblasti je zaměřen na přídavek molekul dikarboxylových kyselin, které zajišťují spojení mezi stříbrnými vločkami a tím zvyšují elektrickou vodivost materiálu.

Vážným problémem u elektricky vodivých lepidel je možná destrukce při zahřátí součástí nad 150 stupňů.Existují další obavy ohledně elektricky vodivých lepidel. Postupem času se schopnost lepidel vést elektrický proud snižuje. A voda, kterou polymer může absorbovat, způsobí korozi. Při pádu z výšky vykazují lepidla křehké vlastnosti a budou vyvinuty polymery dotované pryží, které v budoucnu zlepší jejich elasticitu. Nedostatečná znalost tohoto materiálu může dále odhalit další, dosud neznámé problémy.

Očekává se, že vodivá lepidla budou používána ve spotřební elektronice (mobilní telefony a digitální fotoaparáty), kde spolehlivost není kritická, jako je medicína a avionika.