无铅焊接技术:SAC 焊料和导电胶
几十年来,铅锡焊料一直用于固定电子元件、焊接印刷电路板。与铅的使用相关的严重不良健康影响促使电子行业积极努力寻找铅焊料的替代品。科学家们现在相信他们已经发现了一些有前途的可能性:由合金和聚合物成分制成的替代焊料,称为导电胶。
焊接是电子制造的支柱。铅和焊料一样完美。可以说,所有电子产品都是围绕铅的熔点和物理特性设计的。 我带领 — 塑料材料,牢不可破,因此易于使用。当铅与锡以正确的比例(63% 锡和 37% 铅)结合时,该合金的熔点低至 183 摄氏度,这是另一个优势。
低温工作时 焊接工艺 对联合生产技术进行了更好的控制,而焊接元件对最小的温度偏差不敏感。低温还意味着在组装过程中升温的设备和材料(PCB 和组件)承受的压力更小,并且由于加热和冷却时间更短,电子制造的生产率更高。
欧洲电子行业开始使用无铅焊料的主要动机是欧盟实施的铅禁令。根据有害物质指令的限制,必须在 2006 年 7 月 1 日之前用其他物质替代铅(该指令还禁止使用汞、镉、六价铬和其他有毒物质)。
现在欧洲禁止使用所有含铅电子元件。在这方面,俄罗斯迟早也将不得不转向电子产品中的无铅连接技术。
铅,从环境的角度来看,只要电子设备中含有铅,它本身就不是问题。然而,当电子元件最终进入垃圾填埋场时,铅会从垃圾填埋场的土壤中冲出并进入饮用水中。在大量进口电子垃圾的国家,风险会增加。
例如,在中国,没有防护装备的工人,包括许多儿童,正在从事从电子元件上拆卸(焊接)可回收材料的工作。在俄罗斯,即使在今天,铅焊料在非自动化电子制造中也非常普遍。
铅对人体健康的有害影响,即使是低水平的,也是众所周知的:神经和消化系统紊乱,尤其是在儿童中,以及铅在体内蓄积的能力,导致严重中毒。
早在 1990 年,电子制造商就开始寻找替代焊料,当时讨论了现已批准的美国禁铅提案。电子行业专家审查了 75 种替代焊料,并将该清单削减到六种。
最后,选择了 95.5% 锡、3.9% 银和 0.6% 铜的组合,也称为 SAC 级焊料(元素 Sn、Ag、Cu 首字母的缩写),提供更高的可靠性和易用性操作作为铅铅焊料的替代品。 SAC焊料的熔点为217度,接近于传统有铅焊料的熔点(183 ... 260度)。
免螺丝焊锡
如今,SAC 焊料广泛应用于近海工业。引入新型焊料需要电子公司付出很多努力。专家们担心,在无铅焊料引入初期,电子产品的故障率可能会增加。
在这方面,涉及人们生命和安全的设备,例如医院的电子产品,都是使用旧技术生产的。含铅焊锡禁令也不适用于手机和数码相机。关于新型银基焊料的完全安全性也没有明确的答案——这种金属对水生动物有毒。
无铅助焊剂
部分。 1.部分SAC焊料与锡铅焊料的比较特性
一种更大胆的替代铅焊料的实验方法是使用导电粘合剂……这些是聚合物、硅树脂或聚酰胺,含有金属小片,通常是银。聚合物粘合电子元件和金属薄片导电。
这些粘合剂具有广泛的优势。银的导电率很高,电阻很低。应用 PCB 组装粘合剂所需的温度(150 度)远低于铅基焊料所需的温度。因此,首先,节省了电力,其次,电子元件受到的热量更少,因此它们的可靠性提高了。
2000 年在第 4 届电子工业粘合剂和涂层技术国际会议上发表的芬兰研究表明,导电粘合剂形成比传统焊料更牢固的结合。
如果科学家设法提高这种粘合剂的导电性,它们就可以完全取代传统的焊料。迄今为止,这些材料已被用于少量小型导电化合物 安培数 — 用于焊接液晶显示器和晶体。该领域的研究主要集中在二羧酸分子的添加上,二羧酸分子在银片之间提供连接,从而提高材料的导电性。
导电粘合剂的一个严重问题是当组件被加热到 150 度以上时可能会被破坏。关于导电粘合剂还有其他问题。随着时间的推移,粘合剂的导电能力会降低。而聚合物能吸收的水会引起腐蚀。当从高处跌落时,粘合剂会表现出脆性,未来将开发掺有橡胶的聚合物以提高其弹性。对该材料的了解不足可能会进一步揭示其他未知的问题。
导电胶有望用于对可靠性要求不高的消费电子产品(手机和数码相机),例如医疗和航空电子设备。
