Tecnologie di saldatura senza piombo: saldature SAC e adesivi conduttivi

Per decenni, la saldatura piombo-stagno è stata utilizzata per fissare componenti elettronici, circuiti stampati per saldatura. I gravi effetti nocivi per la salute associati all'uso del piombo hanno generato un vigoroso sforzo nell'industria elettronica per trovare sostituti per la saldatura al piombo. Gli scienziati ora credono di aver scoperto alcune possibilità promettenti: saldature alternative fatte di leghe e composizioni polimeriche note come colla conduttiva.

La saldatura è la spina dorsale della produzione elettronica. Il piombo era perfetto come saldatura. Probabilmente, tutta l'elettronica è progettata attorno al punto di fusione e alle proprietà fisiche del piombo. conduco — materiale plastico, infrangibile e quindi facilmente lavorabile. Quando il piombo è combinato con lo stagno nel rapporto corretto (63% di stagno e 37% di piombo), la lega ha un basso punto di fusione di 183 gradi Celsius, che è un altro vantaggio.

Quando si lavora a bassa temperatura processi di saldatura viene esercitato un migliore controllo sulla tecnologia di produzione dei giunti, mentre gli elementi saldati non sono sensibili alle più piccole deviazioni di temperatura. Le basse temperature significano anche meno sollecitazioni su attrezzature e materiali (PCB e componenti) che si surriscaldano durante l'assemblaggio e una maggiore produttività nella produzione di componenti elettronici grazie a tempi di riscaldamento e raffreddamento più brevi.

Il principale incentivo per l'industria elettronica in Europa a iniziare a utilizzare saldature senza piombo è stato il divieto di piombo imposto dall'Unione Europea. In base alla restrizione della direttiva sulle sostanze pericolose, il piombo doveva essere sostituito da altre sostanze entro il 1° luglio 2006 (la direttiva vieta anche il mercurio, il cadmio, il cromo esavalente e altre sostanze tossiche).

Tutti i componenti elettronici che contengono piombo sono ora vietati in Europa. A questo proposito, prima o poi anche la Russia dovrà passare a tecnologie di connessione senza piombo nell'elettronica.

Il piombo, dal punto di vista ambientale, non è un problema in sé fintanto che è contenuto nelle apparecchiature elettroniche. Tuttavia, quando i componenti elettronici finiscono nelle discariche, il piombo può fuoriuscire dal terreno della discarica e finire nell'acqua potabile. Il rischio aumenta nei paesi in cui i rifiuti elettronici vengono importati in massa.

In Cina, ad esempio, lavoratori sprovvisti di dispositivi di protezione, tra cui molti bambini, sono impegnati nello smontaggio (saldatura) di materiali riciclabili da componenti elettronici. In Russia, ancora oggi, le saldature al piombo sono molto comuni nella produzione elettronica non automatizzata.

Gli effetti dannosi del piombo sulla salute umana, anche a bassi livelli, sono ben noti: disturbi del sistema nervoso e digestivo, particolarmente pronunciati nei bambini, e la capacità del piombo di accumularsi nel corpo, provocando gravi avvelenamenti.

I produttori di elettronica hanno iniziato a cercare saldature alternative già nel 1990, quando sono state discusse le proposte ora ratificate per vietare il piombo negli Stati Uniti. Gli esperti dell'industria elettronica hanno esaminato 75 saldature alternative e ridotto l'elenco a una mezza dozzina.

Alla fine è stata scelta una combinazione di 95,5% di stagno, 3,9% di argento e 0,6% di rame, nota anche come saldatura di grado SAC (abbreviazione delle prime lettere degli elementi Sn, Ag, Cu), che fornisce maggiore affidabilità e facilità di operazione in sostituzione della saldatura piombo-piombo. Il punto di fusione della saldatura SAC è di 217 gradi, è vicino al punto di fusione della saldatura piombo-piombo convenzionale (183 ... 260 gradi).

Saldatura senza viti

Le saldature SAC sono oggi ampiamente utilizzate nell'industria offshore. L'introduzione di nuovi tipi di saldatura ha richiesto un grande sforzo da parte delle aziende di elettronica. Gli esperti temevano che nella fase iniziale dell'introduzione delle saldature senza piombo fosse possibile un aumento del tasso di guasto dei prodotti elettronici.

A questo proposito, le apparecchiature coinvolte nella vita e nella sicurezza delle persone, ad esempio l'elettronica per gli ospedali, vengono prodotte utilizzando vecchie tecnologie. Il divieto di saldatura al piombo non si applica ancora ai telefoni cellulari e alle fotocamere digitali. Inoltre, non esiste una risposta definitiva sulla completa sicurezza delle nuove saldature a base di argento: questo metallo è tossico per gli animali acquatici.

Flusso senza piombo

Sezione. 1.Caratteristiche comparative di alcune saldature SAC e stagno-piombo

Un'alternativa sperimentale più audace alla saldatura della saldatura al piombo è l'uso di adesivi elettricamente conduttivi... Si tratta di polimeri, silicone o poliammide contenenti piccole scaglie di metalli, molto spesso argento. I polimeri incollano i componenti elettronici e le scaglie di metallo conducono l'elettricità.

Questi adesivi offrono una vasta gamma di vantaggi. La conducibilità elettrica dell'argento è molto alta e la sua resistenza elettrica è bassa. La temperatura richiesta per applicare gli adesivi di assemblaggio PCB è molto inferiore (150 gradi) rispetto a quella richiesta per le saldature a base di piombo. Pertanto, in primo luogo, si risparmia elettricità e, in secondo luogo, i componenti elettronici sono esposti a un minore riscaldamento, per cui aumenta la loro affidabilità.

Una ricerca finlandese presentata nel 2000 alla 4a Conferenza internazionale sugli adesivi e le tecnologie di rivestimento nell'industria elettronica mostra che gli adesivi elettricamente conduttivi formano legami ancora più forti delle saldature tradizionali.

Se gli scienziati riescono ad aumentare la conduttività elettrica di tali adesivi, possono sostituire completamente le saldature tradizionali. Finora, questi materiali sono stati utilizzati per un piccolo numero di piccoli composti conduttori amperaggio — per la saldatura di display a cristalli liquidi e cristalli. La ricerca in questo settore si concentra sull'aggiunta di molecole di acido bicarbossilico, che forniscono un collegamento tra le scaglie d'argento e di conseguenza aumentano la conducibilità elettrica del materiale.

Un problema serio con gli adesivi elettricamente conduttivi è la possibile distruzione quando i componenti vengono riscaldati oltre i 150 gradi.Ci sono altre preoccupazioni sugli adesivi elettricamente conduttivi. Nel tempo, la capacità degli adesivi di condurre l'elettricità diminuisce. E l'acqua che il polimero può assorbire causerà corrosione. Quando cadono dall'alto, gli adesivi mostrano proprietà fragili e in futuro verranno sviluppati polimeri drogati con gomma per migliorare la loro elasticità. Una conoscenza insufficiente di questo materiale può ulteriormente rivelare altri problemi, ancora sconosciuti.

Gli adesivi conduttivi dovrebbero essere utilizzati nell'elettronica di consumo (telefoni cellulari e fotocamere digitali) in cui l'affidabilità non è critica, come nel settore medico e avionico.