Технологије лемљења без олова: САЦ лемови и проводни лепкови

Деценијама се оловно-калајни лем користи за осигурање електронских компоненти, лемљење штампаних плоча. Озбиљни штетни ефекти на здравље повезани са употребом олова изазвали су енергичне напоре у електронској индустрији да се пронађу замене за оловни лем. Научници сада верују да су открили неке обећавајуће могућности: алтернативни лемови направљени од легура и полимерних композиција познатих као проводни лепак.

Лемљење је окосница производње електронике. Олово је било савршено као лем. Вероватно је сва електроника дизајнирана око тачке топљења и физичких својстава олова. Ја водим — пластични материјал, неломљив и стога лак за рад. Када се олово комбинује са калајем у исправном односу (63% калаја и 37% олова), легура има ниску тачку топљења од 183 степена Целзијуса, што је још једна предност.

При раду на ниској температури процеси лемљења врши се боља контрола технологије заједничке производње, док заварени елементи нису осетљиви на најмања температурна одступања. Ниске температуре такође значе мање стреса на опрему и материјале (ПЦБ и компоненте) који се загревају током монтаже и већу продуктивност у производњи електронике због краћег времена загревања и хлађења.

Главни подстицај за електронску индустрију у Европи да почне да користи лемове без олова била је забрана олова коју је увела Европска унија. Према ограничењу Директиве о опасним супстанцама, олово је морало бити замењено другим супстанцама до 1. јула 2006. (Директива такође забрањује живу, кадмијум, хексавалентни хром и друге токсичне супстанце).

Све електронске компоненте које садрже олово су сада забрањене у Европи. С тим у вези, пре или касније ће и Русија морати да пређе на технологије повезивања без олова у електроници.

Олово, из еколошке перспективе, није проблем само по себи све док је садржано у електронској опреми. Међутим, када електронске компоненте заврше на депонијама, олово се може испрати из земљишта депоније у воду за пиће. Ризик се повећава у земљама у које се е-отпад масовно увози.

У Кини се, на пример, радници без заштитне опреме, укључујући много деце, баве растављањем (лемљењем) рециклажних материјала од електронских компоненти. У Русији су и данас оловни лемови веома чести у неаутоматизованој производњи електронике.

Познато је штетно дејство олова на здравље људи, чак и у малим количинама: поремећаји нервног и дигестивног система, посебно изражени код деце, способност олова да се акумулира у организму, изазивајући тешка тровања.

Произвођачи електронике почели су да траже алтернативне лемове још 1990. године, када се расправљало о сада ратификованим предлозима за забрану олова у САД. Стручњаци за електронску индустрију прегледали су 75 алтернативних лема и свели ту листу на пола туцета.

На крају је изабрана комбинација 95,5% калаја, 3,9% сребра и 0,6% бакра, позната и као лем САЦ (скраћеница од првих слова елемената Сн, Аг, Цу), која обезбеђује већу поузданост и лакоћу рад као замена за оловно-оловни лем. Тачка топљења САЦ лема је 217 степени, близу је тачки топљења конвенционалног оловно-оловног лема (183 ... 260 степени).

Лем без шрафова

САЦ лемови се данас широко користе у оффсхоре индустрији. Увођење нових типова лема захтевало је много труда од стране електронских компанија. Стручњаци су били забринути да је у почетној фази увођења лемова без олова било могуће повећање стопе кварова електронских производа.

С тим у вези, опрема која је укључена у живот и безбедност људи, на пример, електроника за болнице, производи се помоћу старих технологија. Забрана оловног лема такође се још не односи на мобилне телефоне и дигиталне фотоапарате. Такође нема дефинитивног одговора о потпуној безбедности нових лемова на бази сребра — овај метал је токсичан за водене животиње.

Безоловни флукс

Секција. 1.Упоредне карактеристике неких САЦ лемова и калај-оловног лема

Одважнија експериментална алтернатива лемљењу оловног лема је употреба електропроводљивих лепкова... То су полимери, силикон или полиамид који садрже мале љуспице метала, најчешће сребра. Полимери лепе електронске компоненте и металне љуспице проводе електричну енергију.

Ови лепкови нуде широк спектар предности. Електрична проводљивост сребра је веома висока, а његов електрични отпор је низак. Температура потребна за наношење лепкова за монтажу ПЦБ-а је много нижа (150 степени) од оне која је потребна за лемове на бази олова. Дакле, прво, штеди се електрична енергија, а друго, електронске компоненте су изложене мањем загревању, због чега се повећава њихова поузданост.

Финско истраживање представљено 2000. године на 4. међународној конференцији о лепковима и технологијама премаза у електронској индустрији показује да електрично проводљиви лепкови формирају још јаче везе од традиционалних лемова.

Ако научници успеју да повећају електричну проводљивост таквих лепкова, они могу у потпуности заменити традиционалне лемове. До сада су ови материјали коришћени за мали број малих проводних једињења ампеража — за лемљење дисплеја и кристала са течним кристалима. Истраживања у овој области су усмерена на додавање молекула дикарбоксилне киселине, који обезбеђују везу између сребрних љуспица и сходно томе повећавају електричну проводљивост материјала.

Озбиљан проблем код електропроводљивих лепкова је могуће уништење када се компоненте загреју изнад 150 степени.Постоје и друге забринутости у вези са електропроводљивим лепковима. Временом се смањује способност лепкова да проводе струју. А вода коју полимер може да апсорбује ће изазвати корозију. Када се спусте са висине, лепкови показују крхка својства, а полимери допирани гумом ће се развити да би се побољшала њихова еластичност у будућности. Недовољно познавање овог материјала може даље открити друге, још непознате, проблеме.

Очекује се да ће се проводни лепкови користити у потрошачкој електроници (мобилни телефони и дигитални фотоапарати) где поузданост није критична, као што је медицинска и авионика.