Tehnologii de lipit fără plumb: lipituri SAC și adezivi conductivi

De zeci de ani, lipirea cu plumb-staniu a fost folosită pentru a securiza componentele electronice, lipirea plăcilor de circuite imprimate. Efectele negative grave asupra sănătății asociate cu utilizarea plumbului au generat un efort viguros în industria electronică pentru a găsi înlocuitori pentru lipirea cu plumb. Oamenii de știință cred acum că au descoperit câteva posibilități promițătoare: lipituri alternative din aliaje și compoziții polimerice cunoscute sub numele de lipici conductiv.

Lipirea este coloana vertebrală a producției de electronice. Plumbul a fost perfect ca lipit. Se poate spune că toate componentele electronice sunt proiectate în jurul punctului de topire și al proprietăților fizice ale plumbului. eu conduc — material plastic, indestructibil și, prin urmare, ușor de lucrat. Când plumbul este combinat cu staniu în raportul corect (63% staniu și 37% plumb), aliajul are un punct de topire scăzut de 183 grade Celsius, ceea ce este un alt avantaj.

Când se lucrează la temperatură scăzută procese de lipire se exercită un control mai bun asupra tehnologiei de producție în comun, în timp ce elementele sudate nu sunt sensibile la cele mai mici abateri de temperatură. Temperaturile scăzute înseamnă, de asemenea, mai puțin stres asupra echipamentelor și materialelor (PCB-uri și componente) care se încălzesc în timpul asamblarii și o productivitate mai mare în producția de electronice datorită timpilor mai scurti de încălzire și răcire.

Principalul stimulent pentru industria electronică din Europa să înceapă să folosească lipituri fără plumb a fost interzicerea plumbului impusă de Uniunea Europeană. Conform restricției Directivei privind substanțele periculoase, plumbul a trebuit să fie înlocuit cu alte substanțe până la 1 iulie 2006 (directiva interzice, de asemenea, mercurul, cadmiul, cromul hexavalent și alte substanțe toxice).

Toate componentele electronice care conțin plumb sunt acum interzise în Europa. În acest sens, mai devreme sau mai târziu și Rusia va trebui să treacă la tehnologiile de conectare fără plumb în electronică.

Plumbul, din perspectiva mediului, nu este o problemă în sine atâta timp cât este conținut în echipamentele electronice. Cu toate acestea, atunci când componentele electronice ajung în gropile de gunoi, plumbul se poate spăla din solul depozitului și în apa potabilă. Riscul crește în țările în care deșeurile electronice sunt importate în masă.

În China, de exemplu, lucrătorii fără echipament de protecție, inclusiv mulți copii, sunt angajați în dezasamblarea (lipirea) materialelor reciclabile din componentele electronice. În Rusia, chiar și astăzi, lipiturile cu plumb sunt foarte frecvente în producția de electronice neautomatizate.

Efectele nocive ale plumbului asupra sănătății umane, chiar și la niveluri scăzute, sunt binecunoscute: tulburări ale sistemului nervos și digestiv, mai ales pronunțate la copii, și capacitatea plumbului de a se acumula în organism, provocând otrăviri severe.

Producătorii de electronice au început să caute lipituri alternative încă din 1990, când au fost discutate propunerile ratificate acum de a interzice plumbul în SUA. Experții din industria electronică au analizat 75 de lipituri alternative și au redus lista la o jumătate de duzină.

În final, s-a ales o combinație de 95,5% staniu, 3,9% argint și 0,6% cupru, cunoscută și sub denumirea de lipire de calitate SAC (abrevierea primelor litere ale elementelor Sn, Ag, Cu), oferind o mai mare fiabilitate și ușurință la funcționare ca înlocuitor pentru lipirea plumb-plumb. Punctul de topire al lipiturii SAC este de 217 grade, este aproape de punctul de topire al lipirii plumb-plumb convenționale (183 ... 260 de grade).

Lipire fără șuruburi

Lipiturile SAC sunt utilizate pe scară largă în industria offshore astăzi. Introducerea de noi tipuri de lipire a necesitat mult efort din partea companiilor de electronice. Experții au fost îngrijorați de faptul că, în etapa inițială a introducerii lipiturii fără plumb, a fost posibilă o creștere a ratei de eșec a produselor electronice.

În acest sens, echipamentele care sunt implicate în viața și siguranța oamenilor, de exemplu, electronice pentru spitale, sunt produse folosind tehnologii vechi. De asemenea, interzicerea lipirii cu plumb nu se aplică încă telefoanelor mobile și camerelor digitale. De asemenea, nu există un răspuns definitiv cu privire la siguranța completă a noilor lipituri pe bază de argint - acest metal este toxic pentru animalele acvatice.

Flux fără plumb

Secțiune. 1.Caracteristici comparative ale unor lipituri SAC și lipituri staniu-plumb

O alternativă experimentală mai îndrăzneață la lipirea lipirii cu plumb este utilizarea adezivilor conductivi electric... Aceștia sunt polimeri, silicon sau poliamidă care conțin fulgi mici de metale, cel mai adesea argint. Polimerii lipesc componentele electronice, iar fulgii de metal conduc electricitatea.

Acești adezivi oferă o gamă largă de avantaje. Conductivitatea electrică a argintului este foarte mare, iar rezistența sa electrică este scăzută. Temperatura necesară pentru aplicarea adezivilor de asamblare PCB este mult mai mică (150 de grade) decât cea necesară pentru lipiturile pe bază de plumb. Prin urmare, în primul rând, electricitatea este economisită, iar în al doilea rând, componentele electronice sunt expuse la o încălzire mai mică, drept urmare fiabilitatea lor crește.

Cercetările finlandeze prezentate în 2000 la a 4-a Conferință internațională privind adezivii și tehnologiile de acoperire în industria electronică arată că adezivii conductivi electric formează legături și mai puternice decât lipiturile tradiționale.

Dacă oamenii de știință reușesc să crească conductivitatea electrică a unor astfel de adezivi, ei pot înlocui complet lipiturile tradiționale. Până acum, aceste materiale au fost folosite pentru un număr mic de compuși conductori mici amperaj — pentru lipirea ecranelor cu cristale lichide și a cristalelor. Cercetările în acest domeniu se concentrează pe adăugarea de molecule de acid dicarboxilic, care asigură o legătură între fulgii de argint și, în consecință, cresc conductivitatea electrică a materialului.

O problemă serioasă cu adezivii conductivi electric este posibila distrugere atunci când componentele sunt încălzite peste 150 de grade.Există și alte preocupări cu privire la adezivii conductivi electric. În timp, capacitatea adezivilor de a conduce electricitatea scade. Iar apa pe care o poate absorbi polimerul va provoca coroziune. Când sunt aruncați de la înălțime, adezivii prezintă proprietăți fragile, iar polimerii dopați cu cauciuc vor fi dezvoltați pentru a le îmbunătăți elasticitatea în viitor. Cunoașterea insuficientă a acestui material poate dezvălui și alte probleme, încă necunoscute.

Se așteaptă ca adezivii conductivi să fie utilizați în electronicele de larg consum (telefoane mobile și camere digitale) unde fiabilitatea nu este esențială, cum ar fi cele medicale și avionice.