Pliivaba jootmise tehnoloogiad: SAC joodised ja juhtivad liimid

Aastakümneid on plii-tina joodet kasutatud elektroonikakomponentide kinnitamiseks, trükkplaatide jootmiseks. Plii kasutamisega seotud tõsised kahjulikud tervisemõjud on tekitanud elektroonikatööstuses suuri jõupingutusi pliijoodise asendajate leidmiseks. Teadlased usuvad nüüd, et on avastanud mõned paljutõotavad võimalused: sulamitest valmistatud alternatiivsed joodised ja juhtiva liimina tuntud polümeerkompositsioonid.

Jootmine on elektroonikatööstuse selgroog. Plii sobis ideaalselt joodina. Väidetavalt on kogu elektroonika loodud plii sulamistemperatuuri ja füüsikaliste omaduste järgi. ma juhin — plastmaterjal, purunematu ja seetõttu lihtne töödelda. Kui pliid kombineerida tinaga õiges vahekorras (63% tina ja 37% pliid), on sulamil madal sulamistemperatuur 183 kraadi Celsiuse järgi, mis on veel üks eelis.

Madalal temperatuuril töötades jootmisprotsessid liigeste tootmistehnoloogiat kontrollitakse paremini, samas kui keevitatud elemendid ei ole tundlikud kõige väiksemate temperatuurihälvete suhtes. Madalad temperatuurid tähendavad ka väiksemat pinget seadmetele ja materjalidele (trükkplaadid ja komponendid), mis kokkupanemisel kuumenevad, ning suuremat tootlikkust elektroonikatööstuses tänu lühematele soojenemis- ja jahtumisaegadele.

Euroopa elektroonikatööstuse peamiseks stiimuliks pliivaba joodiste kasutamise alustamiseks oli Euroopa Liidu kehtestatud plii keeld. Ohtlike ainete direktiivi piirangu kohaselt tuli 1. juuliks 2006 plii asendada teiste ainetega (direktiiv keelab ka elavhõbeda, kaadmiumi, kuuevalentse kroomi ja muud mürgised ained).

Kõik pliid sisaldavad elektroonikakomponendid on nüüd Euroopas keelatud. Sellega seoses peab varem või hiljem ka Venemaa elektroonikas üle minema pliivabadele ühendustehnoloogiatele.

Keskkonna seisukohast ei ole plii iseenesest probleem seni, kuni see sisaldub elektroonikaseadmetes. Kui aga elektroonikakomponendid satuvad prügilasse, võib plii prügila pinnasest välja uhtuda joogivette. Risk suureneb riikides, kuhu e-jäätmeid imporditakse massiliselt.

Näiteks Hiinas tegelevad kaitsevahenditeta töötajad, sealhulgas paljud lapsed, elektroonikakomponentidest taaskasutatavate materjalide lahtivõtmise (jootmisega). Venemaal on pliijoodised isegi tänapäeval väga levinud mitteautomatiseeritud elektroonikatööstuses.

Plii kahjulik mõju inimeste tervisele isegi madalal tasemel on hästi teada: närvi- ja seedesüsteemi häired, eriti lastel, ning plii võime akumuleeruda organismis, põhjustades tõsist mürgistust.

Elektroonikatootjad hakkasid alternatiivseid jooteid otsima juba 1990. aastal, kui arutati nüüdseks ratifitseeritud ettepanekuid plii keelustamise kohta USA-s. Elektroonikatööstuse eksperdid vaatasid läbi 75 alternatiivset joodist ja vähendasid seda nimekirja poole tosinani.

Lõpuks valiti 95,5% tina, 3,9% hõbeda ja 0,6% vase kombinatsioon, mida tuntakse ka SAC-klassi joodisena (elementide Sn, Ag, Cu esimeste tähtede lühend), mis tagab suurema töökindluse ja lihtsuse. kasutamine plii-pliijoodise asendajana. SAC-joodise sulamistemperatuur on 217 kraadi, see on lähedane tavalise plii-plii joodise sulamistemperatuurile (183 ... 260 kraadi).

Kruvivaba joodis

SAC jooteid kasutatakse tänapäeval avameretööstuses laialdaselt. Uute jootetüüpide juurutamine on nõudnud elektroonikafirmadelt palju pingutusi. Eksperdid tundsid muret, et pliivaba joodiste kasutuselevõtu algfaasis oli võimalik elektroonikatoodete rikkemäära suurenemine.

Sellega seoses toodetakse vanu tehnoloogiaid kasutades seadmeid, mis on seotud inimeste elu ja ohutusega, näiteks haiglate elektroonika. Pliijoodise keeld ei kehti veel ka mobiiltelefonidele ja digikaameratele. Uute hõbedapõhiste joodiste täieliku ohutuse kohta pole ka kindlat vastust – see metall on mürgine veeloomadele.

Pliivaba räbusti

jaotis. 1.Mõnede SAC-joodiste ja tina-pliijoodise võrdlusomadused

Julgemaks eksperimentaalseks alternatiiviks pliijoodise jootmisele on elektrit juhtivate liimide kasutamine... Need on polümeerid, silikooni või polüamiidi, mis sisaldavad väikseid metallihelbeid, enamasti hõbedat. Polümeerid liimivad elektroonikakomponente ja metallihelbed juhivad elektrit.

Need liimid pakuvad laia valikut eeliseid. Hõbeda elektrijuhtivus on väga kõrge ja selle elektritakistus madal. PCB montaažiliimide pealekandmiseks vajalik temperatuur on palju madalam (150 kraadi) kui pliipõhiste joodiste puhul. Seetõttu hoitakse esiteks elektrit kokku ja teiseks puutuvad elektroonikakomponendid kokku vähema kuumenemisega, mille tulemusena suureneb nende töökindlus.

2000. aastal 4. rahvusvahelisel elektroonikatööstuse liimide ja katmistehnoloogiate konverentsil esitletud Soome uuringud näitavad, et elektrit juhtivad liimid moodustavad traditsioonilistest joodistest veelgi tugevamad sidemed.

Kui teadlastel õnnestub selliste liimide elektrijuhtivust suurendada, võivad need traditsioonilised joodised täielikult asendada. Seni on neid materjale kasutatud väheste väikeste juhtivate ühendite jaoks voolutugevus — vedelkristallkuvarite ja kristallide jootmiseks. Selle valdkonna uuringud on keskendunud dikarboksüülhappe molekulide lisamisele, mis loovad ühenduse hõbehelveste vahel ja suurendavad vastavalt materjali elektrijuhtivust.

Elektrit juhtivate liimide tõsiseks probleemiks on komponentide võimalik hävimine, kui neid kuumutatakse üle 150 kraadi.Elektrit juhtivate liimidega on muidki muresid. Aja jooksul liimide võime elektrit juhtida väheneb. Ja vesi, mida polümeer võib absorbeerida, põhjustab korrosiooni. Kõrgelt kukkumisel on liimid rabedad ja nende elastsuse parandamiseks töötatakse välja kummiga legeeritud polümeerid. Selle materjali ebapiisavad teadmised võivad veelgi paljastada muid seni teadmata probleeme.

Juhtivaid liime kasutatakse eeldatavasti tarbeelektroonikas (mobiiltelefonid ja digikaamerad), kus töökindlus ei ole kriitilise tähtsusega, näiteks meditsiinis ja avioonikas.