Bleifreie Löttechnologien: SAC-Lote und leitfähige Klebstoffe

Seit Jahrzehnten wird Blei-Zinn-Lot zur Befestigung elektronischer Bauteile und zum Löten von Leiterplatten verwendet. Die schwerwiegenden gesundheitsschädlichen Auswirkungen, die mit der Verwendung von Blei verbunden sind, haben in der Elektronikindustrie zu intensiven Bemühungen geführt, Ersatzstoffe für Bleilot zu finden. Wissenschaftler glauben nun, einige vielversprechende Möglichkeiten entdeckt zu haben: alternative Lote aus Legierungen und Polymerzusammensetzungen, sogenannte leitfähige Kleber.

Das Löten ist das Rückgrat der Elektronikfertigung. Blei eignete sich hervorragend als Lot. Die gesamte Elektronik ist wohl auf den Schmelzpunkt und die physikalischen Eigenschaften von Blei ausgelegt. ich führe — Kunststoffmaterial, unzerbrechlich und daher leicht zu verarbeiten. Wenn Blei und Zinn im richtigen Verhältnis (63 % Zinn und 37 % Blei) kombiniert werden, hat die Legierung einen niedrigen Schmelzpunkt von 183 Grad Celsius, was ein weiterer Vorteil ist.

Beim Arbeiten bei niedriger Temperatur Lötprozesse Die Technologie der Verbindungsherstellung kann besser kontrolliert werden, während die geschweißten Elemente unempfindlich gegenüber kleinsten Temperaturschwankungen sind. Niedrige Temperaturen bedeuten auch eine geringere Belastung der Geräte und Materialien (Leiterplatten und Komponenten), die sich während der Montage erwärmen, und eine höhere Produktivität in der Elektronikfertigung aufgrund kürzerer Aufheiz- und Abkühlzeiten.

Der Hauptanreiz für die Elektronikindustrie in Europa, bleifreie Lote zu verwenden, war ein von der Europäischen Union verhängtes Bleiverbot. Gemäß der Richtlinie über gefährliche Stoffe musste Blei bis zum 1. Juli 2006 durch andere Stoffe ersetzt werden (die Richtlinie verbietet auch Quecksilber, Cadmium, sechswertiges Chrom und andere giftige Stoffe).

Alle elektronischen Bauteile, die Blei enthalten, sind in Europa mittlerweile verboten. In diesem Zusammenhang wird Russland früher oder später auch in der Elektronik auf bleifreie Verbindungstechnologien umsteigen müssen.

Blei ist aus Umweltsicht an sich kein Problem, solange es in elektronischen Geräten enthalten ist. Wenn elektronische Bauteile jedoch auf Mülldeponien landen, kann Blei aus dem Mülldeponieboden ins Trinkwasser ausgewaschen werden. Das Risiko steigt in Ländern, in denen Elektroschrott massenhaft importiert wird.

In China beispielsweise sind Arbeiter ohne Schutzausrüstung, darunter viele Kinder, damit beschäftigt, wiederverwertbare Materialien aus elektronischen Bauteilen zu demontieren (zu löten). In Russland sind Bleilote auch heute noch weit verbreitet in der nichtautomatisierten Elektronikfertigung.

Die schädlichen Auswirkungen von Blei auf die menschliche Gesundheit, selbst in geringen Mengen, sind bekannt: Störungen des Nerven- und Verdauungssystems, die bei Kindern besonders ausgeprägt sind, und die Fähigkeit von Blei, sich im Körper anzusammeln und schwere Vergiftungen zu verursachen.

Elektronikhersteller begannen bereits 1990, nach alternativen Loten zu suchen, als die inzwischen ratifizierten Vorschläge zum Bleiverbot in den USA diskutiert wurden. Experten der Elektronikindustrie haben 75 alternative Lote geprüft und die Liste auf ein halbes Dutzend reduziert.

Am Ende wurde eine Kombination aus 95,5 % Zinn, 3,9 % Silber und 0,6 % Kupfer gewählt, die auch als SAC-Lot (Abkürzung für die Anfangsbuchstaben der Elemente Sn, Ag, Cu) bekannt ist und eine höhere Zuverlässigkeit und einfache Handhabung bietet Betrieb als Ersatz für Blei-Blei-Lot. Der Schmelzpunkt von SAC-Lot liegt bei 217 Grad, er liegt nahe am Schmelzpunkt von herkömmlichem Blei-Blei-Lot (183 ... 260 Grad).

Schraubenloses Löten

SAC-Lote werden heutzutage häufig in der Offshore-Industrie eingesetzt. Die Einführung neuer Lotarten erfordert seitens der Elektronikunternehmen große Anstrengungen. Experten befürchteten, dass in der Anfangsphase der Einführung bleifreier Lote ein Anstieg der Ausfallrate elektronischer Produkte möglich sei.

In diesem Zusammenhang werden Geräte, die für das Leben und die Sicherheit von Menschen von Bedeutung sind, beispielsweise Elektronik für Krankenhäuser, mit alten Technologien hergestellt. Auch für Mobiltelefone und Digitalkameras gilt das Verbot von Bleilot noch nicht. Es gibt auch keine definitive Antwort auf die vollständige Sicherheit der neuen Lote auf Silberbasis – dieses Metall ist giftig für Wassertiere.

Bleifreies Flussmittel

Abschnitt. 1.Vergleichende Eigenschaften einiger SAC-Lote und Zinn-Blei-Lote

Eine gewagtere experimentelle Alternative zum Löten von Bleilot ist die Verwendung von elektrisch leitfähigen Klebstoffen... Dabei handelt es sich um Polymere, Silikon oder Polyamid, die kleine Metallflocken, meist Silber, enthalten. Polymere verkleben elektronische Bauteile und Metallplättchen leiten Strom.

Diese Klebstoffe bieten eine Vielzahl von Vorteilen. Die elektrische Leitfähigkeit von Silber ist sehr hoch und sein elektrischer Widerstand gering. Die zum Auftragen von PCB-Montageklebstoffen erforderliche Temperatur ist viel niedriger (150 Grad) als die für bleibasierte Lote. Dadurch wird erstens Strom gespart, zweitens sind elektronische Bauteile einer geringeren Erwärmung ausgesetzt, wodurch ihre Zuverlässigkeit steigt.

Finnische Forschungsergebnisse, die im Jahr 2000 auf der 4. Internationalen Konferenz über Klebstoffe und Beschichtungstechnologien in der Elektronikindustrie vorgestellt wurden, zeigen, dass elektrisch leitfähige Klebstoffe noch stärkere Bindungen bilden als herkömmliche Lote.

Wenn es Wissenschaftlern gelingt, die elektrische Leitfähigkeit solcher Klebstoffe zu erhöhen, können sie herkömmliche Lote vollständig ersetzen. Bisher wurden diese Materialien für eine kleine Anzahl kleiner leitender Verbindungen verwendet Stromstärke — zum Löten von Flüssigkristallanzeigen und Kristallen. Der Fokus der Forschung in diesem Bereich liegt auf der Zugabe von Dicarbonsäuremolekülen, die für eine Verbindung zwischen den Silberplättchen sorgen und dadurch die elektrische Leitfähigkeit des Materials erhöhen.

Ein gravierendes Problem bei elektrisch leitfähigen Klebstoffen ist die mögliche Zerstörung, wenn Bauteile über 150 Grad erhitzt werden.Es gibt noch weitere Bedenken hinsichtlich elektrisch leitfähiger Klebstoffe. Mit der Zeit lässt die Fähigkeit von Klebstoffen, Strom zu leiten, nach. Und das Wasser, das das Polymer aufnehmen kann, führt zu Korrosion. Wenn Klebstoffe aus großer Höhe fallen, weisen sie spröde Eigenschaften auf, und kautschukdotierte Polymere sollen in Zukunft entwickelt werden, um ihre Elastizität zu verbessern. Unzureichende Kenntnisse dieses Materials können darüber hinaus weitere, bisher unbekannte Probleme aufdecken.

Es wird erwartet, dass leitfähige Klebstoffe in der Unterhaltungselektronik (Mobiltelefone und Digitalkameras) eingesetzt werden, wo die Zuverlässigkeit nicht entscheidend ist, beispielsweise in der Medizintechnik und in der Avionik.