[ Pobierz całość w formacie PDF ]
T E C H N O L O G I E
Bezołowiowe technologie montażu
sprzętu elektronicznego, część 1
Producentom stawia siÍ ponad-
to wymagania prawne, aby stoso-
wane u†nich technologie i†materia-
³y by³y przyjazne úrodowisku.
Przepisy narzucaj¹ juø na etapie
projektowania uwzglÍdnienie recyk-
lingu i†powtÛrnego uøycia materia-
³Ûw. Marketingowo wypada byÊ
ìzielonymî, skoro konkurencja teø
taka jest. Producenci spodziewaj¹
siÍ, øe nowe materia³y bÍd¹ mia³y
korzystniejsze parametry techniczne
i†uczyni¹ wyroby bardziej nieza-
wodnymi. Eliminacja o³owiu z†lu-
tÛw i†ca³ego procesu lutowania nie
jest ³atwa. Najistotniejsz¹ przeszko-
d¹ s¹ koszty. Opracowanie nowych
materia³Ûw†i†technologii kosztuje.
Czo³owi producenci z†Europy,
spe³niaj¹cy uwarunkowania pra-
wne, obawiaj¹ siÍ, øe konkurencja
bÍdzie nadal produkowa³a taniej
wyroby w†technologiach o³owio-
wych i†znajdzie chÍtnych nabyw-
cÛw†w†krajach s³abo rozwiniÍtych.
Niezaleønie od tych obaw, wdra-
øanie technologii bezo³owiowych
w†czo³owych firmach europejskich
Zastosowanie technologii bezo³owiowych w†montaøu
urz¹dzeÒ elektronicznych, a†szczegÛlnie elektroniki
konsumenckiej, stanie siÍ rzeczywistoúci¹ w†ci¹gu kilku
najbliøszych lat. Wymusz¹ to uwarunkowania prawne,
a†ponadto presja rynku - roúnie bowiem úwiadomoúÊ
ekologiczna potencjalnych klientÛw, ktÛr¹ kszta³tuj¹ prasa
i†organizacje konsumenckie.
i†japoÒskich jest faktem. Dlatego
znajomoúÊ bieø¹cych trendÛw oraz
spodziewanego harmonogramu eli-
minacji Pb z†wyrobÛw elektronicz-
nych jest konieczna dla wszystkich
producentÛw, takøe w†Polsce. Kaø-
da z†firm powinna ustaliÊ na naj-
bliøsze lata w³asn¹ strategiÍ wdro-
øenia bezo³owiowych technologii,
aby nie straciÊ rynkÛw zbytu.
ni uwaøaj¹, øe oznacza to nie wiÍ-
cej niø 0,1 % masy podzespo³u,
a†nawet urz¹dzenia, a†inni 0,1%
masy konkretnego bazowego mate-
ria³u w†podzespole. WiÍkszoúÊ
przychyla siÍ do tej ostatniej defi-
nicji. Naleøy podkreúliÊ, øe w†obo-
wi¹zuj¹cej w†UE tzw. dyrektywie
samochodowej (
End of Life Vehicle
Directive
) granica zanieczyszczeÒ Pb
w†materia³ach stosowanych w†samo-
chodzie (za wyj¹tkiem Pb), nie mo-
øe przekroczyÊ 0,1%. WkrÛtce prze-
pisy wykonawcze jednoznacznie
sformu³uj¹ definicjÍ technologii
bezo³owiowej, jak rÛwnieø okreúl¹
metody pomiaru zanieczyszczeÒ Pb
w†materia³ach.
Sytuacja prawna w†Europie
SytuacjÍ prawn¹ okreúlaj¹ dwie
dyrektywy Unii Europejskiej:
Waste
Electrical and Electronic Equipment
(WEEE) oraz
Restriction of the Use
of Certain Hazardous Substances
in Electrical and Electronic Equip-
ment
(RoHS), ktÛre wesz³y w†øycie
z†dat¹ 13.02.2003. MÛwi¹ one, øe
kaødy wyrÛb z†okreúlonych w†dy-
rektywie kategorii, sprzedawany na
rynkach europejskich po 1†lipca
2006 roku, ma byÊ wolny od o³o-
wiu i†innych szkodliwych substan-
cji (
tab. 1
). W†tabeli podano zara-
zem czynniki najgroüniejsze dla
úrodowiska.
Po wejúciu do Unii, takøe pro-
ducentÛw polskich bÍd¹ obowi¹zy-
waÊ podobne obostrzenia. Zatem
warto znaÊ harmonogramy przygo-
towaÒ firm europejskich do obo-
wi¹zywania dyrektyw.
W†dalszej czÍúci artyku³u†przed-
stawiony zostanie ogÛlny harmono-
gram wdroøenia technologii bezo³o-
wiowych w†Europie, opracowany
w†lutym 2003 roku.
W†Unii Europejskiej i†Japonii
jest powszechna zgoda na nastÍpu-
j¹c¹ definicjÍ technologii bezo³o-
wiowych: zawartoúÊ Pb nie moøe
byÊ wiÍksza niø 0,1 % wagowo
(1000 ppm). Jednak s¹ k³opoty
z†interpretacj¹ takiej definicji. Jed-
Harmonogram wdroøeÒ
technologii bezo³owiowych
w†Europie
Prowadzone prace badawcze
oraz prace wdroøeniowe w†czo³o-
wych firmach elektronicznych po-
kazuj¹, øe†wdroøenie technologii
bezo³owiowych bÍdzie odbywa³o
siÍ etapami. Naj³atwiej spodziewa-
ny proces wdroøenia bÍdzie moøna
przeúledziÊ rozpatruj¹c go w†nastÍ-
puj¹cych dwÛch grupach zagadnieÒ:
technologii lutowania oraz koniecz-
noúci zastosowania nowej generacji
podzespo³Ûw.
Trzeba się przygotować
Wszyscy liczący się na
świecie producenci
podzespołów sukcesywnie
wprowadzają nowe elementy
w wersji bezołowiowej.
W roku 2006 przestaną być
produkowane elementy
z wyprowadzeniami
przystosowanymi do
“klasycznego” lutowania
z zastosowaniem ołowiu.
Tab. 1. Szkodliwe czynniki wraz
z granicznymi limitami
Sk³adnik Graniczna zawartoœæ [ppm]
O³ów w lutach 1000
Antymon 900
PBB, PBDE 900
Zakaz stosowania rtêci, kadmu oraz zwi¹z-
ków zawieraj¹cych 6-wartoœciowy chrom
PBB -
poly brominated diphenyl
, PBDE -
poly
brominated diphenyl ether
68
Elektronika Praktyczna 1/2004
T E C H N O L O G I E
Rys. 1. Pierwszy etap wdrażania technologii
bezołowiowych dotyczy pokryć płytek
drukowanych i lutów bezołowiowych
Rys. 2. Drugi etap wdrożenia technologii
bezołowiowych dotyczy kompletnie wykonanego
połączenia bezołowiowego
Etap 1
Logicznym wydaje siÍ, øe
wdroøenie technologii bezo³owio-
wych powinno zacz¹Ê siÍ od
zast¹pienia lutu SnPb lutem bez-
o³owiowym. Niestety, w takim
procesie zast¹pienia ujawniaj¹ siÍ
co najmniej dwa ürÛd³a potencjal-
nych problemÛw. Przewidywane
do wdroøenia luty bezo³owiowe
maj¹ wyøsz¹ temperaturÍ topnienia
o†co najmniej 30
o
C, a†po drugie,
system topnikÛw opracowany dla
stopÛw SnPb nie musi dobrze
wspÛ³pracowaÊ z†lutami bezo³owio-
wymi. St¹d koniecznoúÊ prowadze-
nia wielu prac badawczych, aby
taka zmiana by³a moøliwa.
Kolejnym elementem po³¹czenia
lutowanego, ktÛry juø dawno mÛg³
byÊ bezo³owiowy, to pokrycie pÛl
kontaktowych p³ytki drukowanej.
Producenci p³ytek drukowanych juø
od dawna mieli opracowan¹, dla
potrzeb elektroniki profesjonalnej,
technologiÍ kontaktÛw z†Ni/Au na
p³ytkach obwodÛw drukowanych.
Pokrycie to jest powszechnie sto-
sowane w†montaøu powierzchnio-
wym uk³adÛw†elektroniki profesjo-
nalnej i†specjalnej. Wprawdzie jest
ono droøsze niø SnPb, ale wobec
rosn¹cych wymagaÒ na p³askoúÊ
pokryÊ kontaktÛw p³ytek o†duøej
gÍstoúci montaøu wielu klientÛw
decydowa³o siÍ juø†w†przesz³oúci†na
takie rozwi¹zanie. Te dwa elemen-
ty: luty bezo³owiowe i†pokrycia pÛl
kontaktowych stanowi¹ istotne
aspekty wdroøenia etapu I†(
rys. 1
).
Dla wdroøenia etapu I†koniecz-
na jest dostÍpnoúÊ na rynku oraz
stosowanie przez producentÛw be-
zo³owiowych past lutowniczych do
lutowania rozp³ywowego lub bez-
o³owiowych lutÛw do lutowania na
fali oraz bezo³owiowych pokryÊ pÛl
kontaktowych p³ytek drukowanych.
Na tym etapie nie jest przewidy-
wane jeszcze stosowanie podze-
spo³Ûw ìbezo³owiowychî, mog¹ to
byÊ dotychczas stosowane podze-
spo³y z†wyprowadzeniami ze stopu
SnPb. Stawia siÍ im jednak dodat-
kowe wymagania, g³Ûwnie cieplne,
aby wytrzymywa³y naraøenia zwi¹-
zane z†lutowaniem lutami bezo³o-
wiowymi (zwykle w†temperaturach
wyøszych od dotychczasowych
o†30...50
o
C), a†takøe, aby powstaj¹-
ce po³¹czenia nie mia³y gorszych
w³asnoúci eksploatacyjnych jak po-
³¹czenia klasyczne. Pocz¹tkowe lata
prac badawczych nad lutami bez-
o³owiowymi poúwiÍcone by³y zna-
lezieniu zamiennika lutu SnPb
o†zbliøonej temperaturze topnienia.
W†literaturze fachowej jest duøo in-
formacji o†lutach bezo³owiowych.
Na rynku kilku producentÛw past
oferuje bezo³owiowe pasty lutowni-
cze do lutowania rozp³ywowego. S¹
juø dostÍpne uk³ady scalone z†bez-
o³owiowymi pokryciami wyprowa-
dzeÒ. Niezaleønie od dostÍpnoúci
bazy materia³owej i†podzespo³owej,
prowadzi siÍ takøe prace nad mon-
taøem w†pe³ni bezo³owiowym. Ten
etap przygotowaÒ do praktycznego
wdroøenia elementÛw technologii
bezo³owiowych, w†ktÛrym co naj-
mniej po³owa czo³owych firm bÍ-
dzie stosowa³a elementy montaøu
bezo³owiowego, ma siÍ zakoÒczyÊ
z†koÒcem roku 2004.
³owe nie tylko w†lutach i††p³yt-
kach, co by³o przedmiotem etapu
I, ale takøe zmiany w†podzespo³ach
(
rys. 2
). W†drugim etapie dochodzi
kolejny element bezo³owiowy: po-
krycia kontaktÛw podzespo³Ûw. Na-
dal materia³y z†udzia³em Pb mog¹
byÊ stosowane na wewnÍtrzne po-
³¹czenia w†podzespo³ach, modu³ach
i†materia³ach na obudowy oraz na
p³ytki drukowane.
Pe³niejsze wdroøenie technologii
bezo³owiowych stanie siÍ moøliwe
miÍdzy innymi dlatego, øe od ro-
ku 2004 powinny byÊ juø po-
wszechnie dostÍpne w†handlu pod-
zespo³y z†bezo³owiowymi pokrycia-
mi kontaktÛw o†porÛwnywalnej
z†dotychczasowymi cenie, a†same
materia³y i†podzespo³y powinny
byÊ w†pe³ni kompatybilne z†proce-
sami technologii bezo³owiowych, co
powinno objawiaÊ siÍ miÍdzy in-
nymi zwiÍkszon¹ odpornoúci¹ na
podwyøszon¹ temperaturÍ lutowania
oraz zmniejszon¹ higroskopijnoúci¹
materia³Ûw stosowanych na obudo-
wy. W³aúciwie na tym etapie koÒ-
czy siÍ odpowiedzialnoúÊ zak³adu
montaøowego za technologie bez-
o³owiowe. Dalej ciÍøar wdroøenia
jest przenoszony na producentÛw
podzespo³Ûw i†p³ytek drukowanych.
W†
tab. 2
zebrano, a†na
rys. 3
pokazano, jakie bezo³owiowe pokry-
cia wyprowadzeÒ uk³adÛw scalo-
nych, do montaøu†przewlekanego
oraz powierzchniowego, stosowane
s¹ w†firmie Sony.
Faza II
Wed³ug przyjÍtych za³oøeÒ faza
II wdraøania technologii bezo³owio-
wych bÍdzie polega³a na tym, aby
wszystkie elementy po³¹czenia lu-
towanego by³y†wolne od Pb. Ko-
nieczne s¹ zatem zmiany materia-
Tab. 2. Materiały stosowane na pokrycia wyprowadzeń układów scalonych
Typ podzespo³u
Pokrycie dotychczasowe
Pokrycie bezo³owiowe
SMD
SnPb
Ni/Pd+Au lub SnBi
Podzespo³y
powierzchniowe
Ni/Pd+Au
Ni/Pd+Au
Ni/Au (elektrolitycznie)
Ni/Au (elektrolitycznie)
SnPb kontakty podwy¿szone (kulki)
W opracowaniu
PTH
SnPb
Ni/Pd+Au lub SnBi
Podzespo³y
przewlekane
Ni/Pd+Au
Ni/Pd+Au
Ni/Au (elektrolitycznie)
Ni/Au (elektrolitycznie)
Sn (elektrolitycznie)
Sn (elektrolitycznie)
70
Elektronika Praktyczna 1/2004
T E C H N O L O G I E
Rys. 3. Przykładowe, bezołowiowe pokrycia
Rys. 4. Trzeci etap wdrażania technologii
Faza III
W†trzeciej fazie wdraøania tech-
nologii bezo³owiowych powinna na-
st¹piÊ ca³kowita eliminacja Pb we
wszystkich materia³ach stosowanych
przy wykonywaniu po³¹czeÒ luto-
wanych oraz na obudowy podze-
spo³Ûw, a†sam wyrÛb musi spe³niaÊ
wymagania dyrektywy RoHS. Musi
wiÍc nast¹piÊ nie tylko zmiana lu-
tÛw na bezo³owiowe, ale takøe
zmiana wszystkich materia³Ûw sto-
sowanych do obudowy na wolne
od szkodliwych zwi¹zkÛw chemicz-
nych, w†tym PVC (
rys. 4
).
Podobnie w†procesie montaøu
nastÍpuj¹ce elementy musz¹ byÊ
bezo³owiowe: pasty lutownicze, lu-
ty do lutowania na fali, materia³y
na pokrycia kontaktÛw p³ytek
i†kontaktÛw podzespo³Ûw oraz
w†po³¹czeniach wewn¹trz modu³Ûw.
Zatem w†øadnym z†elementÛw nie
powinno byÊ zwi¹zkÛw szkodli-
wych.
Przewiduje siÍ, øe czo³owi pro-
ducenci urz¹dzeÒ elektronicznych
w†Europie w†pe³ni wprowadz¹ tech-
nologie bezo³owiowe do koÒca
2005 roku, przy granicznym termi-
nie 1†lipca 2006 roku.
Nadal badane bÍd¹ materia³y na
po³¹czenia wewn¹trz uk³adÛw sca-
lonych. Zagadnienie, jak luty wy-
sokoo³owiowe, wysokotopliwe,
95Pb5Sn lub 97Pb3Sn zast¹piÊ lu-
tami bezo³owiowymi i†ktÛrymi, jest
nadal w†trakcie rozpracowywania -
rozwaøane jest zastosowanie lutu
SnAu.
Dyrektywa RoHS dopuszcza wy-
j¹tkowo do stosowania nadal luty
wysokoo³owiowe do montaøu†we-
wn¹trz uk³adu scalonego.
dr in¿. Ryszard Kisiel
Elektronika Praktyczna 1/2004
71
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl jajeczko.pev.pl
T E C H N O L O G I E
Bezołowiowe technologie montażu
sprzętu elektronicznego, część 1
Producentom stawia siÍ ponad-
to wymagania prawne, aby stoso-
wane u†nich technologie i†materia-
³y by³y przyjazne úrodowisku.
Przepisy narzucaj¹ juø na etapie
projektowania uwzglÍdnienie recyk-
lingu i†powtÛrnego uøycia materia-
³Ûw. Marketingowo wypada byÊ
ìzielonymî, skoro konkurencja teø
taka jest. Producenci spodziewaj¹
siÍ, øe nowe materia³y bÍd¹ mia³y
korzystniejsze parametry techniczne
i†uczyni¹ wyroby bardziej nieza-
wodnymi. Eliminacja o³owiu z†lu-
tÛw i†ca³ego procesu lutowania nie
jest ³atwa. Najistotniejsz¹ przeszko-
d¹ s¹ koszty. Opracowanie nowych
materia³Ûw†i†technologii kosztuje.
Czo³owi producenci z†Europy,
spe³niaj¹cy uwarunkowania pra-
wne, obawiaj¹ siÍ, øe konkurencja
bÍdzie nadal produkowa³a taniej
wyroby w†technologiach o³owio-
wych i†znajdzie chÍtnych nabyw-
cÛw†w†krajach s³abo rozwiniÍtych.
Niezaleønie od tych obaw, wdra-
øanie technologii bezo³owiowych
w†czo³owych firmach europejskich
Zastosowanie technologii bezo³owiowych w†montaøu
urz¹dzeÒ elektronicznych, a†szczegÛlnie elektroniki
konsumenckiej, stanie siÍ rzeczywistoúci¹ w†ci¹gu kilku
najbliøszych lat. Wymusz¹ to uwarunkowania prawne,
a†ponadto presja rynku - roúnie bowiem úwiadomoúÊ
ekologiczna potencjalnych klientÛw, ktÛr¹ kszta³tuj¹ prasa
i†organizacje konsumenckie.
i†japoÒskich jest faktem. Dlatego
znajomoúÊ bieø¹cych trendÛw oraz
spodziewanego harmonogramu eli-
minacji Pb z†wyrobÛw elektronicz-
nych jest konieczna dla wszystkich
producentÛw, takøe w†Polsce. Kaø-
da z†firm powinna ustaliÊ na naj-
bliøsze lata w³asn¹ strategiÍ wdro-
øenia bezo³owiowych technologii,
aby nie straciÊ rynkÛw zbytu.
ni uwaøaj¹, øe oznacza to nie wiÍ-
cej niø 0,1 % masy podzespo³u,
a†nawet urz¹dzenia, a†inni 0,1%
masy konkretnego bazowego mate-
ria³u w†podzespole. WiÍkszoúÊ
przychyla siÍ do tej ostatniej defi-
nicji. Naleøy podkreúliÊ, øe w†obo-
wi¹zuj¹cej w†UE tzw. dyrektywie
samochodowej (
End of Life Vehicle
Directive
) granica zanieczyszczeÒ Pb
w†materia³ach stosowanych w†samo-
chodzie (za wyj¹tkiem Pb), nie mo-
øe przekroczyÊ 0,1%. WkrÛtce prze-
pisy wykonawcze jednoznacznie
sformu³uj¹ definicjÍ technologii
bezo³owiowej, jak rÛwnieø okreúl¹
metody pomiaru zanieczyszczeÒ Pb
w†materia³ach.
Sytuacja prawna w†Europie
SytuacjÍ prawn¹ okreúlaj¹ dwie
dyrektywy Unii Europejskiej:
Waste
Electrical and Electronic Equipment
(WEEE) oraz
Restriction of the Use
of Certain Hazardous Substances
in Electrical and Electronic Equip-
ment
(RoHS), ktÛre wesz³y w†øycie
z†dat¹ 13.02.2003. MÛwi¹ one, øe
kaødy wyrÛb z†okreúlonych w†dy-
rektywie kategorii, sprzedawany na
rynkach europejskich po 1†lipca
2006 roku, ma byÊ wolny od o³o-
wiu i†innych szkodliwych substan-
cji (
tab. 1
). W†tabeli podano zara-
zem czynniki najgroüniejsze dla
úrodowiska.
Po wejúciu do Unii, takøe pro-
ducentÛw polskich bÍd¹ obowi¹zy-
waÊ podobne obostrzenia. Zatem
warto znaÊ harmonogramy przygo-
towaÒ firm europejskich do obo-
wi¹zywania dyrektyw.
W†dalszej czÍúci artyku³u†przed-
stawiony zostanie ogÛlny harmono-
gram wdroøenia technologii bezo³o-
wiowych w†Europie, opracowany
w†lutym 2003 roku.
W†Unii Europejskiej i†Japonii
jest powszechna zgoda na nastÍpu-
j¹c¹ definicjÍ technologii bezo³o-
wiowych: zawartoúÊ Pb nie moøe
byÊ wiÍksza niø 0,1 % wagowo
(1000 ppm). Jednak s¹ k³opoty
z†interpretacj¹ takiej definicji. Jed-
Harmonogram wdroøeÒ
technologii bezo³owiowych
w†Europie
Prowadzone prace badawcze
oraz prace wdroøeniowe w†czo³o-
wych firmach elektronicznych po-
kazuj¹, øe†wdroøenie technologii
bezo³owiowych bÍdzie odbywa³o
siÍ etapami. Naj³atwiej spodziewa-
ny proces wdroøenia bÍdzie moøna
przeúledziÊ rozpatruj¹c go w†nastÍ-
puj¹cych dwÛch grupach zagadnieÒ:
technologii lutowania oraz koniecz-
noúci zastosowania nowej generacji
podzespo³Ûw.
Trzeba się przygotować
Wszyscy liczący się na
świecie producenci
podzespołów sukcesywnie
wprowadzają nowe elementy
w wersji bezołowiowej.
W roku 2006 przestaną być
produkowane elementy
z wyprowadzeniami
przystosowanymi do
“klasycznego” lutowania
z zastosowaniem ołowiu.
Tab. 1. Szkodliwe czynniki wraz
z granicznymi limitami
Sk³adnik Graniczna zawartoœæ [ppm]
O³ów w lutach 1000
Antymon 900
PBB, PBDE 900
Zakaz stosowania rtêci, kadmu oraz zwi¹z-
ków zawieraj¹cych 6-wartoœciowy chrom
PBB -
poly brominated diphenyl
, PBDE -
poly
brominated diphenyl ether
68
Elektronika Praktyczna 1/2004
T E C H N O L O G I E
Rys. 1. Pierwszy etap wdrażania technologii
bezołowiowych dotyczy pokryć płytek
drukowanych i lutów bezołowiowych
Rys. 2. Drugi etap wdrożenia technologii
bezołowiowych dotyczy kompletnie wykonanego
połączenia bezołowiowego
Etap 1
Logicznym wydaje siÍ, øe
wdroøenie technologii bezo³owio-
wych powinno zacz¹Ê siÍ od
zast¹pienia lutu SnPb lutem bez-
o³owiowym. Niestety, w takim
procesie zast¹pienia ujawniaj¹ siÍ
co najmniej dwa ürÛd³a potencjal-
nych problemÛw. Przewidywane
do wdroøenia luty bezo³owiowe
maj¹ wyøsz¹ temperaturÍ topnienia
o†co najmniej 30
o
C, a†po drugie,
system topnikÛw opracowany dla
stopÛw SnPb nie musi dobrze
wspÛ³pracowaÊ z†lutami bezo³owio-
wymi. St¹d koniecznoúÊ prowadze-
nia wielu prac badawczych, aby
taka zmiana by³a moøliwa.
Kolejnym elementem po³¹czenia
lutowanego, ktÛry juø dawno mÛg³
byÊ bezo³owiowy, to pokrycie pÛl
kontaktowych p³ytki drukowanej.
Producenci p³ytek drukowanych juø
od dawna mieli opracowan¹, dla
potrzeb elektroniki profesjonalnej,
technologiÍ kontaktÛw z†Ni/Au na
p³ytkach obwodÛw drukowanych.
Pokrycie to jest powszechnie sto-
sowane w†montaøu powierzchnio-
wym uk³adÛw†elektroniki profesjo-
nalnej i†specjalnej. Wprawdzie jest
ono droøsze niø SnPb, ale wobec
rosn¹cych wymagaÒ na p³askoúÊ
pokryÊ kontaktÛw p³ytek o†duøej
gÍstoúci montaøu wielu klientÛw
decydowa³o siÍ juø†w†przesz³oúci†na
takie rozwi¹zanie. Te dwa elemen-
ty: luty bezo³owiowe i†pokrycia pÛl
kontaktowych stanowi¹ istotne
aspekty wdroøenia etapu I†(
rys. 1
).
Dla wdroøenia etapu I†koniecz-
na jest dostÍpnoúÊ na rynku oraz
stosowanie przez producentÛw be-
zo³owiowych past lutowniczych do
lutowania rozp³ywowego lub bez-
o³owiowych lutÛw do lutowania na
fali oraz bezo³owiowych pokryÊ pÛl
kontaktowych p³ytek drukowanych.
Na tym etapie nie jest przewidy-
wane jeszcze stosowanie podze-
spo³Ûw ìbezo³owiowychî, mog¹ to
byÊ dotychczas stosowane podze-
spo³y z†wyprowadzeniami ze stopu
SnPb. Stawia siÍ im jednak dodat-
kowe wymagania, g³Ûwnie cieplne,
aby wytrzymywa³y naraøenia zwi¹-
zane z†lutowaniem lutami bezo³o-
wiowymi (zwykle w†temperaturach
wyøszych od dotychczasowych
o†30...50
o
C), a†takøe, aby powstaj¹-
ce po³¹czenia nie mia³y gorszych
w³asnoúci eksploatacyjnych jak po-
³¹czenia klasyczne. Pocz¹tkowe lata
prac badawczych nad lutami bez-
o³owiowymi poúwiÍcone by³y zna-
lezieniu zamiennika lutu SnPb
o†zbliøonej temperaturze topnienia.
W†literaturze fachowej jest duøo in-
formacji o†lutach bezo³owiowych.
Na rynku kilku producentÛw past
oferuje bezo³owiowe pasty lutowni-
cze do lutowania rozp³ywowego. S¹
juø dostÍpne uk³ady scalone z†bez-
o³owiowymi pokryciami wyprowa-
dzeÒ. Niezaleønie od dostÍpnoúci
bazy materia³owej i†podzespo³owej,
prowadzi siÍ takøe prace nad mon-
taøem w†pe³ni bezo³owiowym. Ten
etap przygotowaÒ do praktycznego
wdroøenia elementÛw technologii
bezo³owiowych, w†ktÛrym co naj-
mniej po³owa czo³owych firm bÍ-
dzie stosowa³a elementy montaøu
bezo³owiowego, ma siÍ zakoÒczyÊ
z†koÒcem roku 2004.
³owe nie tylko w†lutach i††p³yt-
kach, co by³o przedmiotem etapu
I, ale takøe zmiany w†podzespo³ach
(
rys. 2
). W†drugim etapie dochodzi
kolejny element bezo³owiowy: po-
krycia kontaktÛw podzespo³Ûw. Na-
dal materia³y z†udzia³em Pb mog¹
byÊ stosowane na wewnÍtrzne po-
³¹czenia w†podzespo³ach, modu³ach
i†materia³ach na obudowy oraz na
p³ytki drukowane.
Pe³niejsze wdroøenie technologii
bezo³owiowych stanie siÍ moøliwe
miÍdzy innymi dlatego, øe od ro-
ku 2004 powinny byÊ juø po-
wszechnie dostÍpne w†handlu pod-
zespo³y z†bezo³owiowymi pokrycia-
mi kontaktÛw o†porÛwnywalnej
z†dotychczasowymi cenie, a†same
materia³y i†podzespo³y powinny
byÊ w†pe³ni kompatybilne z†proce-
sami technologii bezo³owiowych, co
powinno objawiaÊ siÍ miÍdzy in-
nymi zwiÍkszon¹ odpornoúci¹ na
podwyøszon¹ temperaturÍ lutowania
oraz zmniejszon¹ higroskopijnoúci¹
materia³Ûw stosowanych na obudo-
wy. W³aúciwie na tym etapie koÒ-
czy siÍ odpowiedzialnoúÊ zak³adu
montaøowego za technologie bez-
o³owiowe. Dalej ciÍøar wdroøenia
jest przenoszony na producentÛw
podzespo³Ûw i†p³ytek drukowanych.
W†
tab. 2
zebrano, a†na
rys. 3
pokazano, jakie bezo³owiowe pokry-
cia wyprowadzeÒ uk³adÛw scalo-
nych, do montaøu†przewlekanego
oraz powierzchniowego, stosowane
s¹ w†firmie Sony.
Faza II
Wed³ug przyjÍtych za³oøeÒ faza
II wdraøania technologii bezo³owio-
wych bÍdzie polega³a na tym, aby
wszystkie elementy po³¹czenia lu-
towanego by³y†wolne od Pb. Ko-
nieczne s¹ zatem zmiany materia-
Tab. 2. Materiały stosowane na pokrycia wyprowadzeń układów scalonych
Typ podzespo³u
Pokrycie dotychczasowe
Pokrycie bezo³owiowe
SMD
SnPb
Ni/Pd+Au lub SnBi
Podzespo³y
powierzchniowe
Ni/Pd+Au
Ni/Pd+Au
Ni/Au (elektrolitycznie)
Ni/Au (elektrolitycznie)
SnPb kontakty podwy¿szone (kulki)
W opracowaniu
PTH
SnPb
Ni/Pd+Au lub SnBi
Podzespo³y
przewlekane
Ni/Pd+Au
Ni/Pd+Au
Ni/Au (elektrolitycznie)
Ni/Au (elektrolitycznie)
Sn (elektrolitycznie)
Sn (elektrolitycznie)
70
Elektronika Praktyczna 1/2004
T E C H N O L O G I E
Rys. 3. Przykładowe, bezołowiowe pokrycia
Rys. 4. Trzeci etap wdrażania technologii
Faza III
W†trzeciej fazie wdraøania tech-
nologii bezo³owiowych powinna na-
st¹piÊ ca³kowita eliminacja Pb we
wszystkich materia³ach stosowanych
przy wykonywaniu po³¹czeÒ luto-
wanych oraz na obudowy podze-
spo³Ûw, a†sam wyrÛb musi spe³niaÊ
wymagania dyrektywy RoHS. Musi
wiÍc nast¹piÊ nie tylko zmiana lu-
tÛw na bezo³owiowe, ale takøe
zmiana wszystkich materia³Ûw sto-
sowanych do obudowy na wolne
od szkodliwych zwi¹zkÛw chemicz-
nych, w†tym PVC (
rys. 4
).
Podobnie w†procesie montaøu
nastÍpuj¹ce elementy musz¹ byÊ
bezo³owiowe: pasty lutownicze, lu-
ty do lutowania na fali, materia³y
na pokrycia kontaktÛw p³ytek
i†kontaktÛw podzespo³Ûw oraz
w†po³¹czeniach wewn¹trz modu³Ûw.
Zatem w†øadnym z†elementÛw nie
powinno byÊ zwi¹zkÛw szkodli-
wych.
Przewiduje siÍ, øe czo³owi pro-
ducenci urz¹dzeÒ elektronicznych
w†Europie w†pe³ni wprowadz¹ tech-
nologie bezo³owiowe do koÒca
2005 roku, przy granicznym termi-
nie 1†lipca 2006 roku.
Nadal badane bÍd¹ materia³y na
po³¹czenia wewn¹trz uk³adÛw sca-
lonych. Zagadnienie, jak luty wy-
sokoo³owiowe, wysokotopliwe,
95Pb5Sn lub 97Pb3Sn zast¹piÊ lu-
tami bezo³owiowymi i†ktÛrymi, jest
nadal w†trakcie rozpracowywania -
rozwaøane jest zastosowanie lutu
SnAu.
Dyrektywa RoHS dopuszcza wy-
j¹tkowo do stosowania nadal luty
wysokoo³owiowe do montaøu†we-
wn¹trz uk³adu scalonego.
dr in¿. Ryszard Kisiel
Elektronika Praktyczna 1/2004
71
[ Pobierz całość w formacie PDF ]