טכנולוגיות הלחמה ללא עופרת: הלחמות SAC ודבקים מוליכים

במשך עשרות שנים, הלחמת פח עופרת שימשה לאבטחת רכיבים אלקטרוניים, הלחמת מעגלים מודפסים. ההשפעות הבריאותיות החמורות הקשורות לשימוש בעופרת הולידו מאמץ נמרץ בתעשיית האלקטרוניקה למצוא תחליפים להלחמת עופרת. מדענים מאמינים כעת שגילו כמה אפשרויות מבטיחות: הלחמות אלטרנטיביות העשויות מסגסוגות והרכבי פולימרים המכונה דבק מוליך.

הלחמה היא עמוד השדרה של ייצור אלקטרוניקה. עופרת הייתה מושלמת כהלחמה. ניתן לטעון, כל מוצרי האלקטרוניקה מתוכננים סביב נקודת ההיתוך והתכונות הפיזיקליות של עופרת. אני מוביל - חומר פלסטי, בלתי שביר ולכן קל לעבוד איתו. כאשר משלבים עופרת עם פח ביחס הנכון (63% פח ו-37% עופרת), לסגסוגת נקודת התכה נמוכה של 183 מעלות צלזיוס, וזה יתרון נוסף.

כאשר עובדים בטמפרטורה נמוכה תהליכי הלחמה שליטה טובה יותר מופעלת על טכנולוגיית הייצור המשותף, בעוד שהאלמנטים המרותכים אינם רגישים לסטיות הטמפרטורה הקטנות ביותר. טמפרטורות נמוכות אומרות גם פחות לחץ על ציוד וחומרים (PCB ורכיבים) שמתחממים במהלך ההרכבה, ופרודוקטיביות גבוהה יותר בייצור אלקטרוניקה עקב זמני חימום וקצרים קצרים יותר.

התמריץ העיקרי לתעשיית האלקטרוניקה באירופה להתחיל להשתמש בהלחמות נטולות עופרת היה איסור עופרת שהוטל על ידי האיחוד האירופי. על פי ההגבלה של הוראת החומרים המסוכנים, עופרת הייתה צריכה להיות מוחלפת בחומרים אחרים עד 1 ביולי 2006 (ההנחיה אוסרת גם כספית, קדמיום, כרום משושה וחומרים רעילים אחרים).

כל הרכיבים האלקטרוניים המכילים עופרת אסורים כעת באירופה. בהקשר זה, במוקדם או במאוחר גם רוסיה תצטרך לעבור לטכנולוגיות חיבור ללא עופרת באלקטרוניקה.

עופרת, מנקודת מבט סביבתית, אינה בעיה בפני עצמה כל עוד היא כלולה בציוד אלקטרוני. עם זאת, כאשר רכיבים אלקטרוניים מגיעים למזבלות, עופרת עלולה להישטף מתוך אדמת המזבלה ומי השתייה. הסיכון עולה במדינות שבהן מיובאת פסולת אלקטרונית בהמוניהם.

בסין, למשל, עובדים ללא ציוד מגן, כולל ילדים רבים, עוסקים בפירוק (הלחמה) חומרים הניתנים למחזור מרכיבים אלקטרוניים. ברוסיה, גם היום, הלחמות עופרת נפוצות מאוד בייצור אלקטרוניקה לא אוטומטי.

ההשפעות המזיקות של עופרת על בריאות האדם, גם ברמות נמוכות, ידועות היטב: הפרעות במערכת העצבים והעיכול, בולטות במיוחד בילדים, ויכולת הצטברות העופרת בגוף, הגורמת להרעלה חמורה.

יצרני אלקטרוניקה החלו לחפש הלחמות חלופיות כבר ב-1990, כאשר נדונו ההצעות שאושררו כעת לאסור עופרת בארה"ב. מומחי תעשיית האלקטרוניקה סקרו 75 הלחמות חלופיות והקטינו את הרשימה הזו לחצי תריסר.

בסופו של דבר, נבחר שילוב של 95.5% בדיל, 3.9% כסף ו-0.6% נחושת, המכונה גם הלחמה בדרגת SAC (קיצור של האותיות הראשונות של היסודות Sn, Ag, Cu), המספק אמינות וקלות יותר של פעולה כתחליף להלחמת עופרת. נקודת ההיתוך של הלחמת SAC היא 217 מעלות, היא קרובה לנקודת ההיתוך של הלחמת עופרת קונבנציונלית (183 ... 260 מעלות).

הלחמה ללא ברגים

הלחמות SAC נמצאות בשימוש נרחב בתעשיית החוף כיום. הצגת סוגים חדשים של הלחמה לקחה מאמצים רבים מצד חברות האלקטרוניקה. מומחים היו מודאגים מכך שבשלב הראשוני של כניסת הלחמות נטולות עופרת, תיתכן עלייה בשיעור הכשלים במוצרים אלקטרוניים.

בהקשר זה, ציוד המעורב בחייהם ובבטיחותם של אנשים, למשל, אלקטרוניקה לבתי חולים, מיוצר בטכנולוגיות ישנות. האיסור על הלחמת עופרת עדיין לא חל על טלפונים ניידים ומצלמות דיגיטליות. אין גם תשובה מוחלטת לגבי הבטיחות המלאה של ההלחמות החדשות על בסיס כסף - מתכת זו רעילה לבעלי חיים ימיים.

שטף נטול עופרת

סָעִיף. 1.מאפיינים השוואתיים של כמה הלחמות SAC והלחמת עופרת בדיל

חלופה ניסיונית נועזת יותר להלחמת עופרת היא שימוש בדבקים מוליכים חשמלית... אלו הם פולימרים, סיליקון או פוליאמיד המכילים פתיתי מתכות קטנים, לרוב כסף. פולימרים מדביקים רכיבים אלקטרוניים ופתיתי מתכת מוליכים חשמל.

דבקים אלו מציעים מגוון רחב של יתרונות. המוליכות החשמלית של הכסף גבוהה מאוד וההתנגדות החשמלית שלו נמוכה. הטמפרטורה הנדרשת ליישום דבקים להרכבת PCB נמוכה בהרבה (150 מעלות) מזו הנדרשת עבור הלחמות על בסיס עופרת. לכן, ראשית, נחסך בחשמל, ושנית, רכיבים אלקטרוניים חשופים פחות לחימום, וכתוצאה מכך עולה האמינות שלהם.

מחקר פיני שהוצג בשנת 2000 בכנס הבינלאומי הרביעי על טכנולוגיות דבקים וציפויים בתעשיית האלקטרוניקה מראה שדבקים מוליכים חשמלית יוצרים קשרים חזקים אפילו יותר מהלחמות מסורתיות.

אם מדענים מצליחים להגביר את המוליכות החשמלית של דבקים כאלה, הם יכולים להחליף לחלוטין הלחמות מסורתיות. עד כה, חומרים אלה שימשו למספר קטן של תרכובות מוליכות קטנות אמפר - להלחמת צגי גביש נוזלי וקריסטלים. המחקר בתחום זה מתמקד בהוספת מולקולות חומצה דיקרבוקסילית, המספקות חיבור בין פתיתי הכסף ובהתאם מגדילות את המוליכות החשמלית של החומר.

בעיה רצינית עם דבקים מוליכים חשמלית היא הרס אפשרי כאשר רכיבים מחוממים מעל 150 מעלות.יש דאגות אחרות לגבי דבקים מוליכים חשמלית. עם הזמן יורדת יכולתם של הדבקים להוביל חשמל. והמים שהפולימר יכול לספוג יגרמו לקורוזיה. כאשר נפל מגובה, דבקים מציגים תכונות שבירות, ופולימרים מסוממים בגומי יפותחו כדי לשפר את האלסטיות שלהם בעתיד. ידע לא מספיק של החומר הזה עלול לחשוף עוד בעיות אחרות, שעדיין לא ידועות.

דבקים מוליכים צפויים לשמש במוצרי אלקטרוניקה (טלפונים ניידים ומצלמות דיגיטליות) שבהם האמינות אינה קריטית, כגון רפואה ואוויוניקה.