61_64.PDF

T E C H N O L O G I E

Bezołowiowe technologie montażu

sprzętu elektronicznego, część 2

W†drugiej czÍúci artyku³u przedstawiamy postÍpy

wdraøania technologii bezo³owiowych w†przemyúle

elektronicznym w Japonii oraz perspektywy dalszego

rozwoju technologii bezo³owiowych, a†zw³aszcza nowych,

ekologicznych materia³Ûw stosowanych do pokrywania

wyprowadzeÒ elementÛw oraz ich lutowania.

Wdraøanie technologii

bezo³owiowych w†Japonii

W†latach 90. prowadzono na

úwiecie wiele prac poúwiÍconych

spoiwom bezo³owiowym. Rozezna-

no potencjalne moøliwoúci w†za-

kresie materia³Ûw na luty oraz na

pokrycia p³ytek drukowanych.

Wtedy jeszcze nie prowadzono

badaÒ i†rozeznania w†zakresie in-

nych ekologicznych materia³Ûw,

jak materia³y na obudowy. W†Ja-

ponii, ktÛra zaplanowa³a wdroøe-

nie technologii bezo³owiowych do

koÒca roku 2003, poczyniono

obecnie znaczny postÍp we

wszystkich tych dziedzinach.

Wed³ug JEITA ( Japan Electro-

nics and Information Technology

Industries Association ) harmono-

gram wdroøenia technologii bez-

o³owiowych w†Japonii bÍdzie

przebiega³ nastÍpuj¹co:

W†zakresie podzespo³Ûw

- Pierwsze dostawy podzespo³Ûw,

ktÛre bÍd¹ odporne na podwyø-

szone temperatury lutowania

stosowane w†montaøu bezo³o-

wiowym, rozpoczÍ³y siÍ z†po-

cz¹tkiem roku 2001 i†dalej ten

proces jest kontynuowany.

- Pe³na dostÍpnoúÊ podzespo³Ûw

z†kontaktami z†pokryciami bez-

o³owiowymi mia³a nast¹piÊ

z†koÒcem roku 2003.

- Podzespo³y w†pe³ni bezo³owiowe

(po³¹czenia wewn¹trz obudÛw

bÍd¹ takøe wolne od Pb) bÍd¹

dostÍpne z†koÒcem roku 2004.

W†zakresie technologii monta-

roku s¹ juø montowane z†zastoso-

waniem spoiw bezo³owiowych.

Firma rozpoczÍ³a produkcjÍ wyro-

bÛw ìekologicznychî od przenoú-

nego odtwarzacza CD w†roku

1998. By³ to sukces rynkowy

i†marketingowy. Pe³ne wdroøenie

lutowania bezo³owiowego we

wszystkich fabrykach koncernu

øu

- Stosowanie lutowania spoiwami

bezo³owiowymi rozpocznie siÍ

w†latach 2002...2003.

- Wszystkie nowo opracowywane

wyroby bÍd¹ lutowane spoiwa-

mi bezo³owiowymi pocz¹wszy

od koÒca roku 2003.

- Wszystkie produkowane wyroby

(nawet te wed³ug starych roz-

wi¹zaÒ) bÍd¹ montowane tech-

nologiami bezo³owiowymi z†koÒ-

cem 2005 roku.

Dane te dotycz¹ ogÛlnego har-

monogramu. Liderzy zrobi¹ to

z†pewnoúci¹ wczeúniej, maruderzy

nieco pÛüniej. OpÛünienia nie bÍ-

d¹ dotyczy³y zapewne producen-

tÛw urz¹dzeÒ elektroniki konsu-

menckiej. Przyk³adem moøe byÊ

firma Matsushita Electronic (daw-

ny Panasonic). Firma poda³a do

publicznej wiadomoúci, øe wszyst-

kie jej wyroby od kwietnia 2003

Tab. 3. Perspektywa wdrożenia rodzajów spoiw bezołowiowych w zależności

od sposobu lutowania

Stop Do lutowania rozp³ywowego Do lutowania na fali Do lutowania rêcznego

Europa

Japonia

Europa

Japonia

Europa

Japonia

SnAgCu

64%

58%

42%

64%

46%

77%

SnAg

17%

SnAgBi

SnCu

17%

20%

12%

SnBi

SnZnBi

Inne

15%

Bez zdania

20%

Elektronika Praktyczna 2/2004

T E C H N O L O G I E

w†Japonii (22 zak³ady) i†poza Ja-

ponia (79 zak³adÛw) zajÍ³o kon-

cernowi prawie szeúÊ lat. W†fir-

mie prowadzi siÍ teraz intensyw-

ne prace z†dostawcami i†kooperan-

tami nad produkcj¹ podzespo³Ûw

bezo³owiowych. W†roku 2002

w†koncernie Matsushita Electronic

zuøyto do montaøu ponad 2400

kg spoiw, z†czego luty bezo³owio-

we stanowi³y 36%. Przewiduje

siÍ, øe w†roku 2003 zuøycie

spoiw bezo³owiowych siÍgnie

80%. Z³oøonoúÊ tej operacji moø-

na zilustrowaÊ takim przyk³adem:

naleøa³o skorzystaÊ i†dostosowaÊ

siÍ do 337 patentÛw z†szeroko ro-

zumianego zakresu materia³owo-

technologicznego.

W†firmie Panasonic po-

czyniono takøe znaczne

postÍpy we wdraøaniu

w†wyrobach nowej genera-

cji p³ytek drukowanych,

ktÛre nie zawieraj¹ juø

zwi¹zkÛw bromu, stosowa-

nych dotychczas jako

opÛüniacz utrudniaj¹cy

palnoúÊ. W†p³ytkach nowego typu

uzyskuje siÍ odpornoúÊ na pal-

noúÊ zgodn¹ z†UL 94 V-O. Pozo-

sta³e w³aúciwoúci eksploatacyjne

p³ytek nie s¹ gorsze, jak z†lami-

natÛw dotychczas stosowanych.

Ponadto nowe pod³oøa s¹ odpor-

ne na podwyøszon¹ temperaturÍ

stosowan¹ przy lutowaniu spoiwa-

mi bezo³owiowymi, a†pokrycia

kontaktÛw maj¹ poprawion¹ lu-

townoúÊ.

RozwÛj technologii bezo³owio-

wych nie by³by moøliwy bez no-

wej generacji podzespo³Ûw bier-

nych. Pokrycia ich kontaktÛw s¹

wykonywane z uøyciem†Sn, a†sa-

me podzespo³y s¹ miniaturowe,

stosowanego w†pastach spoiwa

Sn36Pb2Ag)? Takie badania ankie-

towe prowadzone by³y od kilku

lat wúrÛd czo³owych producentÛw

japoÒskich i†europejskich. Odpo-

wiedzi uwzglÍdnia³y stan wiedzy

w†firmach oraz†stopieÒ przygoto-

wania do wdroøenia

nowych lutÛw. NajwiÍcej

wskazaÒ pad³o na lut eu-

tektyczny, trÛjsk³adnikowy

SnAgCu ( tab. 3 ). W†Euro-

pie badany by³ lut o†sk³a-

dzie Sn3.8Ag0.7Cu, a†w†Ja-

ponii Sn3.0Ag0.5Cu. Wy-

mienione sk³ady rÛøni¹ siÍ

nieznacznie miÍdzy sob¹

i†maj¹ bardzo zbliøone

temperatury topnienia i†podobne

parametry technologiczne oraz

eksploatacyjne.

Analizuj¹c dane zawarte w†tab.

3 moøna stwierdziÊ, øe wiÍkszoúÊ

producentÛw japoÒskich jest zde-

cydowana co do wyboru typu

lutu. W†Europie nadal 20...30%

uznanych producentÛw†nie ma

wyrobionego zdania. W†zakresie

past do lutowania rozp³ywowego

zdecydowanie przewaøaj¹ pasty

w†oparciu o†lut SnAgCu. Na ryn-

ku dostÍpna juø jest oferta co

najmniej kilkunastu producen-

tÛw†takich past. W†przypadku lu-

towania na fali, najbardziej praw-

dopodobne luty to SnAgCu oraz

SnCu. Lut SnCu jest taÒszy niø

SnAgCu i†jako lut dwusk³adniko-

Nie musimy się obawiać

Wprowadzenie technologii bezołowiowych nie

oznacza, że elementy starszych generacji

staną się bezużyteczne. Lutowia starej

i nowej generacji mogą ze sobą „współpra−

cować”, dzięki czemu podzespoły z pokrycia−

mi zawierającymi ołów mogą być lutowane

nowoczesnymi spoiwami.

przez co uøywa siÍ mniej mate-

ria³u i†oszczÍdza surowce. Ich lu-

townoúÊ w†masowej produkcji nie

odbiega od lutownoúci klasycz-

nych podzespo³Ûw.

Dotychczas najwiÍcej trudnoúci

sprawia³y kondensatory†elektroli-

tyczne aluminiowe. Wyeliminowa-

no PVC ze wszystkich obudÛw

kondensatorÛw i†zast¹piono go

PET. Obudowy zmodyfikowano

tak, øe sta³o siÍ moøliwe lutowa-

nie rozp³ywowe kondensatorÛw

elektrolitycznych.

Perspektywiczne materia³y

bezo³owiowe

Jaki lut bÍdzie zamiennikiem

powszechnie stosowanego lutu eu-

tektycznego Sn37Pb (lub czÍsto

Tab. 4. Materiał pokrycia pól

kontaktowych płytek drukowanych

Pokrycie Metalizacja pól

p³ytek drukowanych

Europa

Tab. 5. Pokrycia pól kontaktowych

podzespołów

Rodzaj pokrycia

Europa

Japonia

24%

12%

Ni/Au

14%

Pd/Au

16%

Ni/Au

31%

37%

SnAgCu

11%

Pd/Au

SnCu

SnAgCu

21%

SnAg

SnCu

12%

SnBi

Inne

18%

Bez zdania

11%

Bez zdania

30%

Elektronika Praktyczna 2/2004

T E C H N O L O G I E

daÊ w†tab. 3, wiÍkszoúÊ zak³adÛw

montaøowych opowiada siÍ za lu-

tami z rodziny SnAgCu. Jeúli ta-

ki wybÛr potwierdzi siÍ, to moø-

na spodziewaÊ siÍ obniøenia cen

tego lutu z†uwagi na efekt skali.

Pierwszy etap wdroøenia tech-

nologii bezo³owiowych to nie tyl-

ko luty, ale i†pokrycia pÛl kon-

taktowych p³ytek drukowanych.

Preferencje europejskie i†japoÒskie

pokazano w† tab. 4 . Podobnie jak

w†przypadku spoiw, ok. 30% firm

europejskich nie ma wyrobionej

opinii w†tym zakresie. Przewaøa

w†prognozach pokrycie Ni/Au.

Jest ono w†praktyce stosowane juø

od dawna w†p³ytkach drukowa-

nych o†duøej i†bardzo duøej gÍs-

toúci montaøu.

Pozycja ìinneî odnosi siÍ do

pokryÊ typu OSP ( Organic Solde-

rability Protectants ), ktÛre juø od

kilku lat stosowane s¹ przede

wszystkim w†Japonii, w†sprzÍcie

elektroniki konsumenckiej. Ostat-

Eutektyk (z greki: „dobrze

topliwy”) to stop o takim

składzie, który zapewnia

temperaturę topnienia

niższą od temperatury

topnienia ich elementów

składowych.

wy prostszy do prowadzenia pro-

cesu lutowania. £atwiejsza niø

przy spoiwach trÛjsk³adnikowych

jest kontrola i†utrzymanie sk³adu

lutu w†agregacie lutowniczym.

WybÛr lutu do lutowania lutow-

nic¹ jest juø nastÍpstwem wyboru

lutu do lutowania w†masowej

produkcji. Stosowanie tego same-

go lutu upraszcza proces napraw

u†masowych producentÛw. Jak wi-

nio coraz czÍúciej mÛwi siÍ o†po-

kryciach z†czystej Sn, ktÛr¹ moø-

na nanosiÊ metodami immersyjny-

mi (warstwy cienkie) lub galwa-

nicznymi (warstwy grubsze).

Jeúli chodzi o†pokrycia kontak-

tÛw podzespo³Ûw, to dominuj¹ce

s¹ monometaliczne pokrycia Sn

( tab. 5 ). WúrÛd pokryÊ stopowych

podobny udzia³ maj¹ trzy mate-

ria³y: Pd/Ag, Ni/Au oraz SnAgCu.

Wdroøenie wyøej wspomnia-

nych materia³Ûw do montaøu

elektronicznego wymaga, aby za-

stosowane materia³y: luty, podze-

spo³y i†pod³oøa nie uleg³y uszko-

dzeniu przy lutowaniu. Typowy

profil lutowania rozp³ywowego lu-

Elektronika Praktyczna 2/2004

T E C H N O L O G I E

Immersja (od łacińskiego

„zanurzyć”) to sposób

nanoszenia substancji

chemicznych na obiekty

poprzez ich zanurzenie.

ny przede wszystkim do produk-

cji past lutowniczych, a†takøe na

luty do lutowania na fali oraz

w†postaci drutÛw do lutowania

rÍcznego. W†zakresie pokryÊ kon-

taktÛw PCB, to w†rozwi¹zaniach

profesjonalnych bÍdzie zapewne

dominowa³o pokrycie Ni/Au, ze

wskazaniem w†niedalekiej przy-

sz³oúci na SnAgCu oraz immersyj-

n¹ Sn. W†zakresie pokryÊ wypro-

wadzeÒ podzespo³Ûw†spodziewane

jest szerokie stosowanie galwanicz-

nej Sn, chociaø firmy japoÒskie

siÍgaj¹ po Pd/Au lub SnBi.

Wszystkie wymienione powyøej

materia³y s¹ miÍdzy sob¹ kompa-

tybilne i†dobrze ze sob¹ wspÛ³pra-

cuj¹. Øadne z†wymienionych sto-

pÛw nie zawieraj¹ zanieczyszcze-

nia Pb, zw³aszcza stopy lutowni-

cze zawieraj¹ce Bi.

Wobec przyjÍtych uwarunko-

waÒ prawnych, w†Europie zegar

wdroøenia technologii bezo³owio-

wych w†montaøu sprzÍtu elektro-

nicznego juø bije. Graniczny czas

tami bezo³owiowymi wymaga od-

pornoúci podzespo³Ûw na tempe-

raturÍ lutowania 250 o C†przez co

najmniej kilkadziesi¹t sekund w

impulsie lub, innymi s³owy,

60...90 sekund powyøej tempera-

tury topnienia lutu (ok. 220 o C).

Dotychczas stosowane w†montaøu

podzespo³y wytrzymuj¹ temperatu-

rÍ 260 o C†przez 10 sekund.

wdroøenia by³ wielokrotnie prze-

suwany, a†teraz jest juø po-

wszechnie znany: 1†lipca 2006 ro-

ku w†Europie. Producenci japoÒs-

cy, nastawieni na rynek konsu-

mencki, zaplanowali wdroøenie

technologii bezo³owiowych do

koÒca 2003 roku dla wyrobÛw

nowych i†do koÒca roku 2005 dla

wszystkich.

Dochodz¹ce informacje z†rynku

japoÒskiego wskazuj¹, øe dotrzy-

manie takiego harmonogramu

wdroøenia jest moøliwe.

dr in¿. Ryszard Kisiel

Podsumowanie

PrzyjÍty sposÛb wdroøenia tech-

nologii bezo³owiowych w†Europie

i†Japonii opiera siÍ na stopach bo-

gatych w†Sn, wzajemnie ze sob¹

kompatybilnych. Odnoúnie spoiw,

bÍdzie to zapewne potrÛjny stop

SnAgCu o†sk³adzie zbliøonym do

eutektycznego. BÍdzie on stosowa-

Elektronika Praktyczna 2/2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: