Tecnologias de solda sem chumbo: soldas SAC e adesivos condutores

Durante décadas, a solda de chumbo-estanho foi usada para proteger componentes eletrônicos, placas de circuito impresso de solda. Os sérios efeitos adversos à saúde associados ao uso de chumbo geraram um vigoroso esforço na indústria eletrônica para encontrar substitutos para a solda de chumbo. Os cientistas agora acreditam ter descoberto algumas possibilidades promissoras: soldas alternativas feitas de ligas e composições de polímeros conhecidas como cola condutora.

A soldagem é a espinha dorsal da fabricação de eletrônicos. O chumbo estava perfeito como solda. Indiscutivelmente, todos os eletrônicos são projetados em torno do ponto de fusão e das propriedades físicas do chumbo. eu lidero — material plástico, inquebrável e, portanto, fácil de trabalhar. Quando o chumbo é combinado com estanho na proporção correta (63% de estanho e 37% de chumbo), a liga tem um baixo ponto de fusão de 183 graus Celsius, o que é outra vantagem.

Ao trabalhar em baixa temperatura processos de soldagem melhor controle é exercido sobre a tecnologia de produção conjunta, enquanto os elementos soldados não são sensíveis aos menores desvios de temperatura. Baixas temperaturas também significam menos estresse em equipamentos e materiais (PCBs e componentes) que aquecem durante a montagem e maior produtividade na fabricação de eletrônicos devido a tempos de aquecimento e resfriamento mais curtos.

O principal incentivo para a indústria eletrônica na Europa começar a usar soldas sem chumbo foi a proibição do chumbo imposta pela União Européia. De acordo com a restrição da Diretiva de Substâncias Perigosas, o chumbo deve ser substituído por outras substâncias até 1º de julho de 2006 (a diretiva também proíbe mercúrio, cádmio, cromo hexavalente e outras substâncias tóxicas).

Todos os componentes eletrônicos que contêm chumbo agora são proibidos na Europa. Nesse sentido, mais cedo ou mais tarde, a Rússia também terá que mudar para tecnologias de conexão sem chumbo em eletrônicos.

O chumbo, do ponto de vista ambiental, não é um problema em si, desde que esteja contido em equipamentos eletrônicos. No entanto, quando os componentes eletrônicos acabam em aterros sanitários, o chumbo pode sair do solo do aterro e cair na água potável. O risco aumenta em países onde o lixo eletrônico é importado em massa.

Na China, por exemplo, trabalhadores sem equipamento de proteção, incluindo muitas crianças, estão empenhados em desmontar (soldar) materiais recicláveis ​​de componentes eletrônicos. Na Rússia, ainda hoje, as soldas de chumbo são muito comuns na fabricação de eletrônicos não automatizados.

Os efeitos nocivos do chumbo na saúde humana, mesmo em níveis baixos, são bem conhecidos: distúrbios dos sistemas nervoso e digestivo, especialmente pronunciados em crianças, e a capacidade do chumbo de se acumular no organismo, causando intoxicações graves.

Os fabricantes de eletrônicos começaram a procurar soldas alternativas já em 1990, quando as propostas agora ratificadas para banir o chumbo nos Estados Unidos foram discutidas. Especialistas da indústria eletrônica revisaram 75 soldas alternativas e reduziram essa lista para meia dúzia.

Ao final, optou-se por uma combinação de 95,5% estanho, 3,9% prata e 0,6% cobre, também conhecida como solda grau SAC (abreviação das primeiras letras dos elementos Sn, Ag, Cu), proporcionando maior confiabilidade e facilidade de operação como um substituto para a solda chumbo-chumbo. O ponto de fusão da solda SAC é de 217 graus, próximo ao ponto de fusão da solda chumbo-chumbo convencional (183 ... 260 graus).

Solda sem parafusos

As soldas SAC são amplamente utilizadas na indústria offshore atualmente. A introdução de novos tipos de solda exigiu muito esforço por parte das empresas de eletrônicos. Os especialistas estavam preocupados com a possibilidade de um aumento na taxa de falhas de produtos eletrônicos no estágio inicial da introdução de soldas sem chumbo.

Nesse sentido, equipamentos que envolvem a vida e a segurança das pessoas, por exemplo, eletrônicos para hospitais, são produzidos com tecnologias antigas. A proibição da solda de chumbo também ainda não se aplica a telefones celulares e câmeras digitais. Também não há uma resposta definitiva sobre a segurança total das novas soldas à base de prata — esse metal é tóxico para animais aquáticos.

fluxo sem chumbo

Seção. 1.Características comparativas de algumas soldas SAC e solda estanho-chumbo

Uma alternativa experimental mais ousada à solda de chumbo é o uso de adesivos eletricamente condutores... São polímeros, silicone ou poliamida contendo pequenos flocos de metais, na maioria das vezes prata. Polímeros colam componentes eletrônicos e flocos de metal conduzem eletricidade.

Esses adesivos oferecem uma ampla gama de vantagens. A condutividade elétrica da prata é muito alta e sua resistência elétrica é baixa. A temperatura necessária para aplicar adesivos de montagem de PCB é muito menor (150 graus) do que a necessária para soldas à base de chumbo. Portanto, em primeiro lugar, a eletricidade é economizada e, em segundo lugar, os componentes eletrônicos são expostos a menos aquecimento, o que aumenta sua confiabilidade.

A pesquisa finlandesa apresentada em 2000 na 4ª Conferência Internacional sobre Adesivos e Tecnologias de Revestimento na Indústria Eletrônica mostra que os adesivos eletricamente condutivos formam ligações ainda mais fortes do que as soldas tradicionais.

Se os cientistas conseguirem aumentar a condutividade elétrica desses adesivos, eles poderão substituir completamente as soldas tradicionais. Até agora, esses materiais têm sido usados ​​para um pequeno número de pequenos compostos condutores. amperagem — para soldar telas de cristal líquido e cristais. As pesquisas nessa área estão voltadas para a adição de moléculas de ácido dicarboxílico, que proporcionam uma ligação entre os flocos de prata e consequentemente aumentam a condutividade elétrica do material.

Um problema sério com adesivos eletricamente condutores é a possível destruição quando os componentes são aquecidos acima de 150 graus.Existem outras preocupações sobre adesivos eletricamente condutivos. Com o tempo, a capacidade dos adesivos de conduzir eletricidade diminui. E a água que o polímero pode absorver causará corrosão. Quando caem de uma altura, os adesivos exibem propriedades quebradiças e polímeros dopados com borracha serão desenvolvidos para melhorar sua elasticidade no futuro. O conhecimento insuficiente desse material pode revelar outros problemas ainda desconhecidos.

Espera-se que os adesivos condutivos sejam usados ​​em eletrônicos de consumo (telefones celulares e câmeras digitais) onde a confiabilidade não é crítica, como produtos médicos e aviônicos.