Tecnologías de soldadura sin plomo: soldaduras SAC y adhesivos conductores

Durante décadas, la soldadura de plomo y estaño se ha utilizado para asegurar componentes electrónicos, placas de circuito impreso de soldadura. Los graves efectos adversos para la salud asociados con el uso de plomo han generado un vigoroso esfuerzo en la industria electrónica para encontrar sustitutos para la soldadura de plomo. Los científicos ahora creen que han descubierto algunas posibilidades prometedoras: soldaduras alternativas hechas de aleaciones y composiciones poliméricas conocidas como pegamento conductor.

La soldadura es la columna vertebral de la fabricación de productos electrónicos. El plomo era perfecto como soldadura. Podría decirse que todos los componentes electrónicos están diseñados en torno al punto de fusión y las propiedades físicas del plomo. Dirijo — material plástico, irrompible y por lo tanto fácil de trabajar. Cuando el plomo se combina con estaño en la proporción correcta (63% estaño y 37% plomo), la aleación tiene un punto de fusión bajo de 183 grados centígrados, lo cual es otra ventaja.

Cuando se trabaja a baja temperatura procesos de soldadura se ejerce un mejor control sobre la tecnología de producción conjunta, mientras que los elementos soldados no son sensibles a las más pequeñas desviaciones de temperatura. Las bajas temperaturas también significan menos tensión en los equipos y materiales (PCB y componentes) que se calientan durante el ensamblaje y una mayor productividad en la fabricación de productos electrónicos debido a tiempos más cortos de calentamiento y enfriamiento.

El principal incentivo para que la industria electrónica en Europa comenzara a utilizar soldaduras sin plomo fue la prohibición del plomo impuesta por la Unión Europea. Según la restricción de la Directiva de Sustancias Peligrosas, el plomo tuvo que ser reemplazado por otras sustancias antes del 1 de julio de 2006 (la directiva también prohíbe el mercurio, el cadmio, el cromo hexavalente y otras sustancias tóxicas).

Todos los componentes electrónicos que contienen plomo ahora están prohibidos en Europa. En este sentido, tarde o temprano Rusia también tendrá que cambiar a tecnologías de conexión sin plomo en la electrónica.

El plomo, desde una perspectiva ambiental, no es un problema en sí mismo siempre que esté contenido en equipos electrónicos. Sin embargo, cuando los componentes electrónicos terminan en los vertederos, el plomo puede eliminarse del suelo del vertedero y pasar al agua potable. El riesgo aumenta en países donde los desechos electrónicos se importan en masa.

En China, por ejemplo, los trabajadores sin equipo de protección, incluidos muchos niños, se dedican a desarmar (soldar) materiales reciclables de componentes electrónicos. En Rusia, incluso hoy en día, las soldaduras de plomo son muy comunes en la fabricación de productos electrónicos no automatizados.

Los efectos nocivos del plomo sobre la salud humana, incluso en niveles bajos, son bien conocidos: trastornos de los sistemas nervioso y digestivo, especialmente pronunciados en los niños, y la capacidad del plomo de acumularse en el organismo, provocando intoxicaciones graves.

Los fabricantes de productos electrónicos comenzaron a buscar soldaduras alternativas ya en 1990, cuando se discutieron las propuestas ahora ratificadas para prohibir el plomo en los EE. UU. Los expertos de la industria electrónica revisaron 75 soldaduras alternativas y redujeron la lista a media docena.

Al final se optó por una combinación de 95,5% estaño, 3,9% plata y 0,6% cobre, también conocida como soldadura grado SAC (abreviatura de las primeras letras de los elementos Sn, Ag, Cu), que brinda mayor confiabilidad y facilidad de funcionamiento como reemplazo de la soldadura de plomo-plomo. El punto de fusión de la soldadura SAC es de 217 grados, está cerca del punto de fusión de la soldadura de plomo-plomo convencional (183 ... 260 grados).

soldadura sin tornillos

Las soldaduras SAC se utilizan ampliamente en la industria offshore en la actualidad. La introducción de nuevos tipos de soldadura ha supuesto un gran esfuerzo por parte de las empresas de electrónica. A los expertos les preocupaba que en la etapa inicial de la introducción de soldaduras sin plomo, era posible un aumento en la tasa de fallas de los productos electrónicos.

En este sentido, los equipos que intervienen en la vida y seguridad de las personas, por ejemplo, la electrónica para hospitales, se producen utilizando tecnologías antiguas. La prohibición de la soldadura de plomo tampoco se aplica todavía a los teléfonos móviles y las cámaras digitales. Tampoco hay una respuesta definitiva sobre la seguridad total de las nuevas soldaduras a base de plata: este metal es tóxico para los animales acuáticos.

fundente sin plomo

Sección. 1.Características comparativas de algunas soldaduras SAC y soldadura de estaño-plomo

Una alternativa experimental más atrevida a la soldadura de plomo es el uso de adhesivos conductores de electricidad... Estos son polímeros, silicona o poliamida que contienen pequeñas escamas de metales, la mayoría de las veces plata. Los polímeros pegan los componentes electrónicos y las escamas de metal conducen la electricidad.

Estos adhesivos ofrecen una amplia gama de ventajas. La conductividad eléctrica de la plata es muy alta y su resistencia eléctrica es baja. La temperatura requerida para aplicar adhesivos de ensamblaje de PCB es mucho más baja (150 grados) que la requerida para soldaduras a base de plomo. Por lo tanto, en primer lugar, se ahorra electricidad y, en segundo lugar, los componentes electrónicos están expuestos a menos calentamiento, como resultado de lo cual aumenta su confiabilidad.

La investigación finlandesa presentada en 2000 en la 4ª Conferencia Internacional sobre Adhesivos y Tecnologías de Revestimiento en la Industria Electrónica muestra que los adhesivos eléctricamente conductores forman uniones aún más fuertes que las soldaduras tradicionales.

Si los científicos logran aumentar la conductividad eléctrica de dichos adhesivos, pueden reemplazar por completo las soldaduras tradicionales. Hasta ahora, estos materiales se han utilizado para un pequeño número de pequeños compuestos conductores. amperaje — para soldar pantallas de cristal líquido y cristales. La investigación en esta área se centra en la adición de moléculas de ácido dicarboxílico, que proporcionan una conexión entre las escamas de plata y, en consecuencia, aumentan la conductividad eléctrica del material.

Un problema grave con los adhesivos eléctricamente conductores es la posible destrucción cuando los componentes se calientan por encima de los 150 grados.Hay otras preocupaciones sobre los adhesivos eléctricamente conductores. Con el tiempo, la capacidad de los adhesivos para conducir electricidad disminuye. Y el agua que el polímero puede absorber causará corrosión. Cuando se dejan caer desde una altura, los adhesivos exhiben propiedades quebradizas y se desarrollarán polímeros dopados con caucho para mejorar su elasticidad en el futuro. El conocimiento insuficiente de este material puede revelar otros problemas aún desconocidos.

Se espera que los adhesivos conductores se utilicen en productos electrónicos de consumo (teléfonos móviles y cámaras digitales) donde la confiabilidad no es crítica, como en la industria médica y la aviónica.