EU kommer att förbjuda bly inom elektronik från 2006 och i Japan påstår man att all elektronik ska vara blyfri år 2004. Men ett hinder mot att enkelt kunna fasa ut bly inom elektronikindustrin är den djungel av nya material som plötsligt blir aktuell.

Metaller med olika egenskaper kommer i olika kombinationer att ersätta blyet i mönsterkort, lod och komponenter. Infineon, Philips och ST Microelectronics anser att bristen på gemensamma, relevanta metoder för att testa hur bra olika lodalternativ fungerar är ett problem. Därför har företagen tillsammans utformat en metod som testar lödbarheten hos både traditionellt lod och nya blyfria legeringar.

Det verkar dock som om man på bred front i Europa har kommit fram till att en legering med tenn, silver och guld är den lämpligaste ersättaren till det traditionella lodet.

En legering med tenn, silver och koppar kommer att ersätta dagens blylod

- Fördelen med den legeringen är att den har lodegenskaper som till stor del liknar bly. Därmed går lodet att använda utan att man behöver köpa ny utrustning, säger Jan Andersson på IVF.

IVF har i samarbete med svenska företag enats om att använda en blandning av 95,5 procent tenn, 4 procent silver och 0,5 procent koppar.

Totalt blyförbud orimligt

En legering som innehåller bismut är också på tal, och då främst i Japan. Bismut har andra lodegenskaper och ställer också andra krav på komponenterna än vad silver och koppar gör. I Europa tror man inte att en legering med bismut kommer att bli aktuell i någon större utsträckning.

- Bismut blir tillgängligt när man utvinner bly. När vi inte har samma behov av bly längre, minskar också tillgången på bismut, säger Jan Andersson.

Jürgen Winterer på Infineon anser att en brist i debatten om förbudet mot bly är att det saknas en definition på vad blyfritt egentligen är.

- Bly förekommer naturligt i andra metaller som exempelvis tenn och koppar. Därför är det orimligt att kräva ett totalt förbud mot bly, säger Jürgen Winterer på Infineon.

Infineon, Philips och ST Microelectronics har gemensamt föreslagit att ämnen som används för elektronikproduktion bör tillåtas innehålla upp till 1 000 ppm bly. Det påstås vara en rimlig gräns som bland annat stöds av branschorganisationen IPC.

- Det handlar om mycket små mängder naturligt förekommande bly som kostar ofantligt mycket att rena bort. Reningsprocessen skulle i sig bli en stor miljöbelastning, säger Jürgen Winterer på Infineon.

En annan faktor som komplicerar lödningen är ytpläteringarna på komponenterna. När blyet försvinner återstår ett antal olika metallegeringar som alla har olika lödbarhetsegenskaper.

- Min bedömning är att kemiskt tenn kommer att bli den vanligaste ytpläteringsmetallen, säger Jan Andersson på IVF.

Lars Wallin på Legotronics tror att ytpläteringen kan komma att bli ett lödproblem.

- Kemiskt tenn har bäst lodegenskaper, men vid tennpläteringsprocessen bildas thiourea som misstänks vara skadligt för människan, säger han.

Många sluttillverkare anser att bristen på blyfria komponenter är det största hindret för att utveckla blyfria produkter. Flera komponenttillverkare ligger dock i startgroparna och allt fler blyfria komponenter börjar komma fram. ST Microelectronics satsar främst på att ta fram blyfria komponenter för konsumentprodukter som exempelvis mobiltelefoner, då det är en stor efterfrågan på sådana från företagets japanska kunder.

- Vi har redan tagit fram blyfria BGA-kapslar som klarar våra kvalitetskrav. Andra kapseltyper som SSOP, TSOP och QFP räknar vi med att få fram innan årets slut, säger Carlo Cognetti, vice vd för utvecklingen av nya förpackningar vid ST Mictroelectronics.

Infineon kan leverera prover på blyfria komponenter, men i nuläget rör det sig främst om logikkretsar. Företaget har som mål att alla komponenter ska vara blyfria första januari 2004.

- Generellt kan man säga att det är svårast att ta bort blyet i komplexa, utrymmessnåla kretsar med höga krav på prestanda och effektförbrukning, säger Jürgen Winterer på Infineon.

Den största utmaningen för komponenterna är att klara de högre lödtemperarturer på 215-225°C som blyfritt lod kräver för att smälta. Hög värme leder till att innestängd fukt förångas inne i komponenten med risk för att inre lager lossnar och att komponenten till slut spricker. Därför ställs det ännu hårdare krav på att man måste få ner fukthalten i komponenterna, vilket dessutom kräver en kontrollerad produktionsmiljö.

Mer fyr i lödugnen

För att komma upp till den högre smälttemperaturen krävs det att man höjer temperaturen i lödugnen och exponerar korten för värme under en längre tid.

- Vi har kommit fram till att om lödugnen ställs in på 240-245°C när komponenterna ska monteras på mönsterkorten blir det en ganska liten inverkan på komponentkvalitén, säger Carlo Cognetti.

Däremot visar försök att risken för att komponenterna förändras eller förstörs ökar om temperaturen i ugnen höjs till 255-260°C.

- Vi rekommenderar därför att man bör rikta in sig på den lägre temperaturnivån, även om det innebär längre lödtider, säger han.

Jan Andersson på IVF påpekar att den högre temperaturen kommer att påverka de blyfria lödningar som sitter inuti komponenter och flerkretsmoduler. Hettan i lödugnen kommer att leda till att lodet smälter och att de inre anslutningarna i kapseln förstörs.

Carlo Cognetti på ST Microelectronics håller med och erkänner att det i dag inte finns någon teknisk lösning på hur man ska ersätta blyet i lodet som sitter inne i komponenterna. Idag används en specialanpassad lodpasta med 95 procent bly och resten tenn när de enskilda chipsen och komponenter löds fast innan de kapslas in i en krets eller flerkretsmodul. Lodpastan har en smältpunkt på 270-300°C och klarar därmed grillningen i lödugnen. Man har ännu inte lyckats ta fram ett blyfritt lod som har en så hög smältpunkt.

- På grund av de tekniska svårigheterna att lösa detta kommer därför lödningar som sitter inne i komponenterna att undantas från EU:s förbud mot bly inom elektronik som börjar gälla 2006.

Hur länge dispensen kommer att gälla vet han inte, men han tror att den kommer att finnas till dess att man har hittat en teknisk lösning på problemet.

- Totalt sett så handlar detta om små mängder bly.