Tecnologies de soldadura sense plom: soldadures SAC i adhesius conductors

Durant dècades, la soldadura de plom-estany s'ha utilitzat per assegurar components electrònics, soldar plaques de circuits impresos. Els greus efectes adversos per a la salut associats amb l'ús de plom han generat un esforç vigorós a la indústria electrònica per trobar substituts per a la soldadura de plom. Ara els científics creuen que han descobert algunes possibilitats prometedores: soldadures alternatives fetes d'aliatges i composicions de polímers conegudes com a cola conductora.

La soldadura és la columna vertebral de la fabricació d'electrònica. El plom era perfecte com a soldadura. Sens dubte, tota l'electrònica està dissenyada al voltant del punt de fusió i les propietats físiques del plom. Jo condueixo — material plàstic, irrompible i, per tant, fàcil de treballar. Quan el plom es combina amb l'estany en la proporció correcta (63% d'estany i 37% de plom), l'aliatge té un punt de fusió baix de 183 graus centígrads, que és un altre avantatge.

Quan es treballa a baixa temperatura processos de soldadura s'exerceix un millor control sobre la tecnologia de producció conjunta, mentre que els elements soldats no són sensibles a les més petites desviacions de temperatura. Les baixes temperatures també signifiquen menys estrès en equips i materials (PCB i components) que s'escalfen durant el muntatge, i una major productivitat en la fabricació d'electrònica a causa dels temps d'escalfament i refredament més curts.

El principal incentiu per a la indústria electrònica a Europa per començar a utilitzar soldadures sense plom va ser una prohibició de plom imposada per la Unió Europea. Sota la restricció de la Directiva sobre substàncies perilloses, el plom havia de ser substituït per altres substàncies abans de l'1 de juliol de 2006 (la directiva també prohibeix el mercuri, el cadmi, el crom hexavalent i altres substàncies tòxiques).

Tots els components electrònics que contenen plom ara estan prohibits a Europa. En aquest sentit, tard o d'hora, Rússia també haurà de canviar a tecnologies de connexió sense plom en electrònica.

El plom, des d'una perspectiva mediambiental, no és un problema en si mateix sempre que estigui contingut en equips electrònics. Tanmateix, quan els components electrònics acaben als abocadors, el plom es pot rentar del sòl de l'abocador i a l'aigua potable. El risc augmenta als països on s'importen massivament els residus electrònics.

A la Xina, per exemple, els treballadors sense equip de protecció, inclosos molts nens, es dediquen a desmuntar (soldar) materials reciclables dels components electrònics. A Rússia, encara avui, les soldadures de plom són molt habituals en la fabricació d'electrònica no automatitzada.

Els efectes nocius del plom sobre la salut humana, fins i tot a nivells baixos, són ben coneguts: trastorns dels sistemes nerviós i digestiu, especialment pronunciats en els nens, i la capacitat del plom d'acumular-se al cos, provocant una intoxicació greu.

Els fabricants d'electrònica van començar a buscar soldadures alternatives ja l'any 1990, quan es van discutir les propostes ara ratificades per prohibir el plom als EUA. Els experts de la indústria electrònica van revisar 75 soldadures alternatives i van reduir aquesta llista a mitja dotzena.

Al final, es va optar per una combinació de 95,5% d'estany, 3,9% de plata i 0,6% de coure, també coneguda com a soldadura de grau SAC (abreviatura de les primeres lletres dels elements Sn, Ag, Cu), que proporciona una major fiabilitat i facilitat de operació com a reemplaçament de la soldadura de plom. El punt de fusió de la soldadura SAC és de 217 graus, és a prop del punt de fusió de la soldadura de plom-plom convencional (183 ... 260 graus).

Soldadura sense cargols

Actualment, les soldadures SAC s'utilitzen àmpliament a la indústria offshore. La introducció de nous tipus de soldadura ha suposat un gran esforç per part de les empreses d'electrònica. Els experts estaven preocupats perquè en l'etapa inicial de la introducció de les soldadures sense plom, era possible un augment de la taxa de fallades dels productes electrònics.

En aquest sentit, els equips que intervenen en la vida i la seguretat de les persones, per exemple, l'electrònica per als hospitals, es produeixen utilitzant tecnologies antigues. La prohibició de la soldadura amb plom encara no s'aplica als telèfons mòbils i a les càmeres digitals. Tampoc hi ha una resposta definitiva sobre la seguretat completa de les noves soldadures a base de plata: aquest metall és tòxic per als animals aquàtics.

Flux sense plom

Secció. 1.Característiques comparatives d'algunes soldadures SAC i soldadura d'estany-plom

Una alternativa experimental més atrevida a la soldadura de plom és l'ús d'adhesius conductors de l'electricitat... Es tracta de polímers, silicona o poliamida que contenen petites escates de metalls, sovint plata. Els polímers enganxen components electrònics i els flocs metàl·lics condueixen l'electricitat.

Aquests adhesius ofereixen una àmplia gamma d'avantatges. La conductivitat elèctrica de la plata és molt alta i la seva resistència elèctrica és baixa. La temperatura necessària per aplicar els adhesius de muntatge de PCB és molt més baixa (150 graus) que la necessària per a les soldadures a base de plom. Per tant, en primer lloc, s'estalvia electricitat i, en segon lloc, els components electrònics estan exposats a menys escalfament, de manera que augmenta la seva fiabilitat.

La investigació finlandesa presentada l'any 2000 a la 4a Conferència Internacional sobre Adhesius i Tecnologies de Revestiment a la Indústria Electrònica mostra que els adhesius elèctricament conductors formen enllaços encara més forts que les soldadures tradicionals.

Si els científics aconsegueixen augmentar la conductivitat elèctrica d'aquests adhesius, poden substituir completament les soldadures tradicionals. Fins ara, aquests materials s'han utilitzat per a un petit nombre de petits compostos conductors amperatge — per soldar pantalles i cristalls de cristall líquid. La investigació en aquesta àrea se centra en l'addició de molècules d'àcid dicarboxílic, que proporcionen una connexió entre els flocs de plata i, en conseqüència, augmenten la conductivitat elèctrica del material.

Un problema greu amb els adhesius conductors elèctrics és la possible destrucció quan els components s'escalfen per sobre dels 150 graus.Hi ha altres preocupacions sobre els adhesius conductors elèctrics. Amb el temps, la capacitat dels adhesius de conduir l'electricitat disminueix. I l'aigua que el polímer pot absorbir provocarà corrosió. Quan es cauen des d'una alçada, els adhesius presenten propietats trencadisses i es desenvoluparan polímers dopats amb cautxú per millorar la seva elasticitat en el futur. El coneixement insuficient d'aquest material pot revelar altres problemes encara desconeguts.

S'espera que els adhesius conductors s'utilitzin en electrònica de consum (telèfons mòbils i càmeres digitals) on la fiabilitat no és crítica, com ara la medicina i l'aviònica.