تقنيات اللحام الخالية من الرصاص: جنود SAC والمواد اللاصقة الموصلة
لعقود من الزمن ، تم استخدام لحام الرصاص والقصدير لتأمين المكونات الإلكترونية ولوحات الدوائر المطبوعة. أدت الآثار الصحية الضارة الخطيرة المرتبطة باستخدام الرصاص إلى بذل جهد قوي في صناعة الإلكترونيات لإيجاد بدائل لحام الرصاص. يعتقد العلماء الآن أنهم اكتشفوا بعض الاحتمالات الواعدة: الجنود البديلون مصنوعون من السبائك وتركيبات البوليمر المعروفة باسم الغراء الموصل.
اللحام هو العمود الفقري لتصنيع الإلكترونيات. كان الرصاص مثالياً كجندى. يمكن القول إن جميع الأجهزة الإلكترونية مصممة حول نقطة الانصهار والخصائص الفيزيائية للرصاص. أنا أقود - مادة بلاستيكية ، غير قابلة للكسر وبالتالي يسهل التعامل معها. عندما يتم دمج الرصاص مع القصدير في النسبة الصحيحة (63٪ قصدير و 37٪ رصاص) ، فإن السبيكة لديها نقطة انصهار منخفضة تبلغ 183 درجة مئوية ، وهي ميزة أخرى.
عند العمل في درجة حرارة منخفضة عمليات اللحام يتم التحكم بشكل أفضل في تقنية الإنتاج المشترك ، في حين أن العناصر الملحومة ليست حساسة لأصغر الانحرافات في درجات الحرارة. تعني درجات الحرارة المنخفضة أيضًا ضغطًا أقل على المعدات والمواد (مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمكونات) التي ترتفع درجة حرارتها أثناء التجميع ، وزيادة الإنتاجية في تصنيع الإلكترونيات نظرًا لتقليل أوقات التسخين والتبريد.
كان الحافز الرئيسي لصناعة الإلكترونيات في أوروبا لبدء استخدام الجنود الخاليين من الرصاص هو حظر الرصاص الذي فرضه الاتحاد الأوروبي. بموجب تقييد توجيه المواد الخطرة ، يجب استبدال الرصاص بمواد أخرى بحلول 1 يوليو 2006 (التوجيه يحظر أيضًا الزئبق والكادميوم والكروم سداسي التكافؤ والمواد السامة الأخرى).
جميع المكونات الإلكترونية التي تحتوي على الرصاص محظورة الآن في أوروبا. في هذا الصدد ، سيتعين على روسيا عاجلاً أم آجلاً التحول إلى تقنيات الاتصال الخالية من الرصاص في مجال الإلكترونيات.
الرصاص ، من منظور بيئي ، لا يمثل مشكلة في حد ذاته طالما أنه موجود في المعدات الإلكترونية. ومع ذلك ، عندما ينتهي الأمر بالمكونات الإلكترونية في مدافن النفايات ، يمكن أن يغسل الرصاص من تربة مكب النفايات إلى مياه الشرب. تزداد المخاطر في البلدان التي يتم فيها استيراد النفايات الإلكترونية بشكل جماعي.
في الصين ، على سبيل المثال ، يعمل العمال الذين ليس لديهم معدات واقية ، بما في ذلك العديد من الأطفال ، في تفكيك (لحام) المواد القابلة لإعادة التدوير من المكونات الإلكترونية. في روسيا ، حتى اليوم ، يشيع جنود الرصاص في صناعة الإلكترونيات غير الآلية.
إن الآثار الضارة للرصاص على صحة الإنسان ، حتى عند المستويات المنخفضة ، معروفة جيداً: اضطرابات الجهاز العصبي والجهاز الهضمي ، ولا سيما تلك الواضحة عند الأطفال ، وقدرة الرصاص على التراكم في الجسم ، مما يسبب تسممًا شديدًا.
بدأ مصنعو الإلكترونيات في البحث عن جنود بديلين في وقت مبكر من عام 1990 ، عندما تمت مناقشة المقترحات المصدق عليها الآن لحظر الرصاص في الولايات المتحدة. استعرض خبراء صناعة الإلكترونيات 75 بائعا بديلا وقاموا بتقليص تلك القائمة إلى نصف دزينة.
في النهاية ، تم اختيار مزيج من 95.5٪ قصدير و 3.9٪ فضة و 0.6٪ نحاس ، والمعروف أيضًا باسم لحام درجة SAC (اختصار الأحرف الأولى للعناصر Sn و Ag و Cu) ، مما يوفر موثوقية أكبر وسهولة عملية كبديل لحام الرصاص. نقطة انصهار لحام SAC هي 217 درجة ، وهي قريبة من نقطة انصهار لحام الرصاص التقليدي (183 ... 260 درجة).
لحام بدون براغي
يستخدم جنود SAC على نطاق واسع في الصناعة البحرية اليوم. استغرق تقديم أنواع جديدة من اللحام الكثير من الجهد من جانب شركات الإلكترونيات. وأعرب الخبراء عن قلقهم من احتمال حدوث زيادة في معدل فشل المنتجات الإلكترونية في المرحلة الأولى من إدخال الجنود الخاليين من الرصاص.
في هذا الصدد ، يتم إنتاج المعدات التي تشارك في حياة الناس وسلامتهم ، على سبيل المثال ، الأجهزة الإلكترونية للمستشفيات ، باستخدام التقنيات القديمة. لا ينطبق الحظر المفروض على لحام الرصاص أيضًا على الهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية. لا توجد أيضًا إجابة محددة حول السلامة الكاملة للجنود الفضيين الجدد - هذا المعدن سام للحيوانات المائية.
تدفق خالي من الرصاص
قسم. 1.الخصائص المقارنة لبعض جنود SAC ولحام الرصاص والقصدير
البديل التجريبي الأكثر جرأة لحام الرصاص هو استخدام المواد اللاصقة الموصلة للكهرباء ... هذه عبارة عن بوليمرات أو سيليكون أو بولي أميد تحتوي على رقائق صغيرة من المعادن ، وغالبًا ما تكون الفضة. تقوم البوليمرات اللاصقة للمكونات الإلكترونية والرقائق المعدنية بتوصيل الكهرباء.
توفر هذه المواد اللاصقة مجموعة واسعة من المزايا. الموصلية الكهربائية للفضة عالية جدًا ومقاومتها الكهربائية منخفضة. درجة الحرارة المطلوبة لتطبيق مواد لاصقة لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور أقل بكثير (150 درجة) من تلك المطلوبة للجنود الذين يعتمدون على الرصاص. لذلك ، أولاً ، يتم توفير الكهرباء ، وثانيًا ، تتعرض المكونات الإلكترونية لتدفئة أقل ، مما يؤدي إلى زيادة موثوقيتها.
أظهر البحث الفنلندي الذي تم تقديمه في عام 2000 في المؤتمر الدولي الرابع حول المواد اللاصقة وتقنيات الطلاء في صناعة الإلكترونيات أن المواد اللاصقة الموصلة للكهرباء تشكل روابط أقوى حتى من الجنود التقليديين.
إذا تمكن العلماء من زيادة التوصيل الكهربائي لمثل هذه المواد اللاصقة ، فيمكنهم استبدال الجنود التقليديين تمامًا. حتى الآن ، تم استخدام هذه المواد لعدد صغير من المركبات الموصلة الصغيرة التيار - لحام شاشات الكريستال السائل والبلورات. يركز البحث في هذا المجال على إضافة جزيئات حمض الكربوكسيل ، والتي توفر اتصالًا بين رقائق الفضة وبالتالي تزيد من التوصيل الكهربائي للمادة.
من المحتمل حدوث مشكلة خطيرة في المواد اللاصقة الموصلة للكهرباء عند تسخين المكونات فوق 150 درجة.هناك مخاوف أخرى بشأن المواد اللاصقة الموصلة للكهرباء. بمرور الوقت ، تقل قدرة المواد اللاصقة على توصيل الكهرباء. والماء الذي يمكن أن يمتصه البوليمر سوف يسبب التآكل. عند إسقاطها من ارتفاع ، تُظهر المواد اللاصقة خصائص هشة ، وسيتم تطوير البوليمرات المطاطية لتحسين مرونتها في المستقبل. قد تكشف المعرفة غير الكافية لهذه المادة عن مشاكل أخرى ، غير معروفة حتى الآن.
من المتوقع استخدام المواد اللاصقة الموصلة في الإلكترونيات الاستهلاكية (الهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية) حيث لا تكون الموثوقية أمرًا بالغ الأهمية ، مثل الأجهزة الطبية وإلكترونيات الطيران.