Loodvrije soldeertechnologieën: SAC-soldeer en geleidende lijmen

Al tientallen jaren wordt lood-tinsoldeer gebruikt om elektronische componenten te beveiligen, printplaten te solderen. De ernstige nadelige gevolgen voor de gezondheid die gepaard gaan met het gebruik van lood hebben geleid tot een krachtige inspanning in de elektronica-industrie om vervangers voor loodsoldeer te vinden. Wetenschappers geloven nu dat ze een aantal veelbelovende mogelijkheden hebben ontdekt: alternatieve soldeersels gemaakt van legeringen en polymeersamenstellingen die bekend staan ​​als geleidende lijm.

Solderen is de ruggengraat van de elektronicaproductie. Lood was perfect als soldeersel. Ongetwijfeld is alle elektronica ontworpen rond het smeltpunt en de fysieke eigenschappen van lood. ik leid — kunststof materiaal, onbreekbaar en daardoor gemakkelijk te bewerken. Wanneer lood wordt gecombineerd met tin in de juiste verhouding (63% tin en 37% lood), heeft de legering een laag smeltpunt van 183 graden Celsius, wat weer een voordeel is.

Bij werken bij lage temperatuur soldeer processen er wordt een betere controle uitgeoefend op de gezamenlijke productietechnologie, terwijl de gelaste elementen niet gevoelig zijn voor de kleinste temperatuurafwijkingen. Lage temperaturen betekenen ook minder belasting van apparatuur en materialen (PCB's en componenten) die tijdens de assemblage opwarmen, en hogere productiviteit bij de productie van elektronica dankzij kortere opwarm- en afkoeltijden.

De belangrijkste drijfveer voor de elektronica-industrie in Europa om loodvrij soldeer te gaan gebruiken, was een loodverbod opgelegd door de Europese Unie. Op grond van de beperking van de richtlijn gevaarlijke stoffen moest lood per 1 juli 2006 worden vervangen door andere stoffen (de richtlijn verbiedt ook kwik, cadmium, zeswaardig chroom en andere giftige stoffen).

Alle elektronische componenten die lood bevatten zijn nu verboden in Europa. In dit opzicht zal Rusland vroeg of laat ook in de elektronica moeten overschakelen op loodvrije verbindingstechnologieën.

Lood is vanuit milieuoogpunt op zichzelf geen probleem zolang het in elektronische apparatuur zit. Wanneer elektronische componenten echter op stortplaatsen terechtkomen, kan lood uit de stortbodem en in het drinkwater wegspoelen. Het risico neemt toe in landen waar e-waste massaal wordt geïmporteerd.

In China zijn bijvoorbeeld arbeiders zonder beschermingsmiddelen, waaronder veel kinderen, bezig met het demonteren (solderen) van recyclebare materialen van elektronische componenten. In Rusland is zelfs vandaag de dag loodsoldeer heel gebruikelijk bij niet-geautomatiseerde elektronicaproductie.

De schadelijke effecten van lood op de gezondheid van de mens, zelfs bij lage concentraties, zijn algemeen bekend: aandoeningen van het zenuwstelsel en het spijsverteringsstelsel, vooral uitgesproken bij kinderen, en het vermogen van lood om zich op te hopen in het lichaam, wat ernstige vergiftiging kan veroorzaken.

Elektronicafabrikanten gingen al in 1990 op zoek naar alternatieve soldeermiddelen, toen de inmiddels geratificeerde voorstellen om lood in de VS te verbieden, werden besproken. Experts uit de elektronica-industrie beoordeelden 75 alternatieve soldeersels en brachten die lijst terug tot een half dozijn.

Uiteindelijk is gekozen voor een combinatie van 95,5% tin, 3,9% zilver en 0,6% koper, ook wel bekend als SAC grade soldeer (afkorting van de eerste letters van de elementen Sn, Ag, Cu), wat zorgt voor meer betrouwbaarheid en gebruiksgemak werking als vervanging voor lood-loodsoldeer. Het smeltpunt van SAC-soldeer is 217 graden, het ligt dicht bij het smeltpunt van conventioneel lood-loodsoldeer (183 ... 260 graden).

Schroefloos soldeer

SAC-soldeer wordt tegenwoordig veel gebruikt in de offshore-industrie. Het introduceren van nieuwe soorten soldeer heeft de elektronicabedrijven veel moeite gekost. Deskundigen waren bezorgd dat in de beginfase van de introductie van loodvrij soldeer een toename van het uitvalpercentage van elektronische producten mogelijk was.

In dit opzicht wordt apparatuur die betrokken is bij het leven en de veiligheid van mensen, bijvoorbeeld elektronica voor ziekenhuizen, geproduceerd met behulp van oude technologieën. Het verbod op loodsoldeer geldt ook nog niet voor mobiele telefoons en digitale camera's. Er is ook geen definitief antwoord over de volledige veiligheid van de nieuwe op zilver gebaseerde soldeersels - dit metaal is giftig voor waterdieren.

Loodvrije stroom

Sectie. 1.Vergelijkende kenmerken van sommige SAC-soldeer en tin-loodsoldeer

Een meer gedurfd experimenteel alternatief voor het solderen van loodsoldeer is het gebruik van elektrisch geleidende kleefstoffen... Dit zijn polymeren, siliconen of polyamide die kleine metaalschilfers bevatten, meestal zilver. Polymeren lijmen elektronische componenten en metaalschilfers geleiden elektriciteit.

Deze lijmen bieden een groot aantal voordelen. De elektrische geleidbaarheid van zilver is zeer hoog en de elektrische weerstand is laag. De temperatuur die nodig is om PCB-montagelijmen aan te brengen, is veel lager (150 graden) dan die vereist is voor op lood gebaseerde soldeersels. Daardoor wordt ten eerste elektriciteit bespaard en ten tweede worden elektronische componenten aan minder verhitting blootgesteld, waardoor hun betrouwbaarheid toeneemt.

Fins onderzoek dat in 2000 werd gepresenteerd op de 4e internationale conferentie over kleefstoffen en coatingtechnologieën in de elektronica-industrie, toont aan dat elektrisch geleidende kleefstoffen nog sterkere verbindingen vormen dan traditioneel soldeer.

Als wetenschappers erin slagen de elektrische geleidbaarheid van dergelijke lijmen te vergroten, kunnen ze traditionele soldeer volledig vervangen. Tot nu toe zijn deze materialen gebruikt voor een klein aantal kleine geleidende verbindingen stroomsterkte — voor het solderen van liquid crystal displays en kristallen. Onderzoek op dit gebied richt zich op de toevoeging van dicarbonzuurmoleculen, die zorgen voor een verbinding tussen de zilvervlokken en daarmee de elektrische geleidbaarheid van het materiaal verhogen.

Een serieus probleem met elektrisch geleidende lijmen is mogelijke vernietiging wanneer componenten boven 150 graden worden verwarmd.Er zijn andere zorgen over elektrisch geleidende lijmen. Na verloop van tijd neemt het vermogen van lijmen om elektriciteit te geleiden af. En het water dat het polymeer kan absorberen zal corrosie veroorzaken. Wanneer lijmen van een hoogte vallen, vertonen ze brosse eigenschappen en met rubber gedoteerde polymeren zullen worden ontwikkeld om hun elasticiteit in de toekomst te verbeteren. Onvoldoende kennis van dit materiaal kan nog andere, nog onbekende problemen aan het licht brengen.

Geleidende lijmen zullen naar verwachting worden gebruikt in consumentenelektronica (mobiele telefoons en digitale camera's) waar betrouwbaarheid niet cruciaal is, zoals medische en luchtvaartelektronica.