Blyfria lödtekniker: SAC-lod och ledande lim
I decennier har bly-tennlod använts för att säkra elektroniska komponenter, löda kretskort. De allvarliga negativa hälsoeffekterna som är förknippade med användningen av bly har lett till en kraftfull ansträngning inom elektronikindustrin för att hitta substitut för blylod. Forskare tror nu att de har upptäckt några lovande möjligheter: alternativa lödningar gjorda av legeringar och polymerkompositioner som kallas ledande lim.
Lödning är ryggraden i elektroniktillverkning. Bly var perfekt som lod. Förmodligen är all elektronik designad kring smältpunkten och fysikaliska egenskaper hos bly. jag leder — plastmaterial, okrossbart och därför lätt att arbeta med. När bly kombineras med tenn i rätt förhållande (63 % tenn och 37 % bly) har legeringen en låg smältpunkt på 183 grader Celsius, vilket är ytterligare en fördel.
Vid arbete vid låg temperatur lödningsprocesser bättre kontroll utövas över den gemensamma produktionstekniken, samtidigt som de svetsade elementen inte är känsliga för de minsta temperaturavvikelserna. Låga temperaturer innebär också mindre påfrestning på utrustning och material (PCB och komponenter) som värms upp vid montering, och högre produktivitet vid elektroniktillverkning på grund av kortare uppvärmnings- och nedkylningstider.
Det främsta incitamentet för elektronikindustrin i Europa att börja använda blyfria lod var ett blyförbud som infördes av Europeiska unionen. Enligt begränsningen i direktivet om farliga ämnen måste bly ersättas med andra ämnen senast den 1 juli 2006 (direktivet förbjuder även kvicksilver, kadmium, sexvärt krom och andra giftiga ämnen).
Alla elektroniska komponenter som innehåller bly är nu förbjudna i Europa. I detta avseende kommer Ryssland förr eller senare också att behöva byta till blyfri anslutningsteknik inom elektronik.
Bly, ur ett miljöperspektiv, är inget problem i sig så länge det finns i elektronisk utrustning. Men när elektroniska komponenter hamnar på deponier kan bly sköljas ut ur deponijorden och ut i dricksvattnet. Risken ökar i länder där e-avfall massimporteras.
I Kina, till exempel, är arbetare utan skyddsutrustning, inklusive många barn, engagerade i att ta isär (löda) återvinningsbart material från elektroniska komponenter. I Ryssland, även idag, är blylod mycket vanligt vid icke-automatiserad elektroniktillverkning.
Blyets skadliga effekter på människors hälsa, även vid låga nivåer, är välkända: störningar i nervsystemet och matsmältningssystemet, särskilt uttalade hos barn, och blyets förmåga att ansamlas i kroppen, vilket orsakar allvarlig förgiftning.
Elektroniktillverkare började leta efter alternativa lödningar redan 1990, då de nu ratificerade förslagen om att förbjuda bly i USA diskuterades. Elektronikbranschens experter granskade 75 alternativa lödningar och minskade den listan till ett halvdussin.
I slutändan valdes en kombination av 95,5 % tenn, 3,9 % silver och 0,6 % koppar, även känd som SAC grade lod (förkortning av de första bokstäverna i elementen Sn, Ag, Cu), vilket ger större tillförlitlighet och enklare drift som ersättning för bly-bly lod. Smältpunkten för SAC-lod är 217 grader, den är nära smältpunkten för konventionellt bly-blylod (183 ... 260 grader).
Skruvlöst lod
SAC-lod används i stor utsträckning inom offshoreindustrin idag. Att introducera nya typer av lod har tagit mycket ansträngning från elektronikföretagens sida. Experter var oroade över att i det inledande skedet av införandet av blyfria lödningar var en ökning av felfrekvensen för elektroniska produkter möjlig.
I detta avseende produceras utrustning som är involverad i människors liv och säkerhet, till exempel elektronik för sjukhus, med hjälp av gammal teknik. Förbudet mot blylod gäller ännu inte mobiltelefoner och digitalkameror. Det finns inte heller något definitivt svar om den fullständiga säkerheten för de nya silverbaserade lödningarna - denna metall är giftig för vattenlevande djur.
Blyfritt flussmedel
Sektion. 1.Jämförande egenskaper hos vissa SAC-lod och tenn-blylod
Ett mer vågat experimentellt alternativ till lödning av blylod är användningen av elektriskt ledande lim... Det är polymerer, silikon eller polyamid som innehåller små flingor av metaller, oftast silver. Polymerer limmar elektroniska komponenter och metallflingor leder elektricitet.
Dessa lim erbjuder ett brett utbud av fördelar. Den elektriska ledningsförmågan hos silver är mycket hög och dess elektriska motstånd är lågt. Temperaturen som krävs för att applicera PCB-montagelim är mycket lägre (150 grader) än den som krävs för blybaserade lödningar. Därför sparas för det första el, och för det andra utsätts elektroniska komponenter för mindre uppvärmning, vilket gör att deras tillförlitlighet ökar.
Finsk forskning som presenterades år 2000 vid den 4:e internationella konferensen om lim och beläggningsteknik inom elektronikindustrin visar att elektriskt ledande lim bildar ännu starkare bindningar än traditionella lödningar.
Om forskare lyckas öka den elektriska ledningsförmågan hos sådana lim kan de helt ersätta traditionella lödningar. Hittills har dessa material använts för ett litet antal små ledande föreningar strömstyrka — för lödning av flytande kristallskärmar och kristaller. Forskningen inom detta område är inriktad på tillsats av dikarboxylsyramolekyler, som ger en koppling mellan silverflingorna och därmed ökar materialets elektriska ledningsförmåga.
Ett allvarligt problem med elektriskt ledande lim är möjlig förstörelse när komponenter värms över 150 grader.Det finns andra farhågor om elektriskt ledande lim. Med tiden minskar limmens förmåga att leda elektricitet. Och vattnet som polymeren kan absorbera kommer att orsaka korrosion. När de tappas från en höjd uppvisar lim spröda egenskaper och gummidopade polymerer kommer att utvecklas för att förbättra deras elasticitet i framtiden. Otillräcklig kunskap om detta material kan ytterligare avslöja andra, ännu okända, problem.
Konduktiva lim förväntas användas i hemelektronik (mobiltelefoner och digitalkameror) där tillförlitligheten inte är kritisk, såsom medicin och flygelektronik.