About / Advertise
Kraven på blyfri elektronik gynnar framsynta tillverkare och konsulter
EUs krav att all elektronik ska vara blyfri från den 1 juli 2007 håller på att skapa en helt ny nisch med företag som erbjuder hjälp och råd med övergången.
EUs krav att all elektronik ska vara blyfri från den 1 juli 2007 håller på att skapa en helt ny nisch med företag som erbjuder hjälp och råd med övergången.
| Blyfri gemenskap EU-direktiven WEEE (Waste from Electrical and Electronic Equipment) och RoHS (Removal of Hazardous Substances) får stor inverkan på produktionen av elektronikprodukter. Direktiven förbjuder bly och vissa bromerade flamskyddsmedel i elektronik. Men det är inte bara EU-delegaterna som samarbetat kring blyfribeslutet. Det finns många krafter som verkar för att belysa problemen och hitta lösningar kring blyfri elektronikproduktion. IVF har två projekt om blyfri lödning. Det första är ett nationellt projekt som finansieras av statliga Vinnova inom ramarna för programmet "Aktiv industriell samverkan". Projektet heter "Process och kvalitetsstyrning av hållbar miljöanpassad elektronikproduktion", och ska främst utforska förändringar i lödprocessen. Det andra projektet som IVF leder är finansierat av Nordisk Industrifond, NI, och har till uppgift att samordna arbetet i de pågående fyra nordiska nationella projekten. Projektet heter "Blyfri elektronikmontering hos SMF i Norden", men kallas NONE, No Lead in Nordic Electronics. Det är ett initiativ av MQS Network, ett nordiskt nätverk för mönster- och kretskortsrelaterade frågor. NONE har tagit fram en broschyr på svenska, norska och engelska som kortfattat beskriver vilka konsekvenser blyfri lödning får för material, lödprocesser och tillförlitlighet. Det är en omarbetning av en broschyr från Envirowise, den brittiska regeringens program för att hjälpa företag att minska sitt miljöfarliga avfall. |
- Vi hjälper våra kunder att hitta rätt material. Alla komponenter klarar inte blyfri lödning, säger Jan Westerhammar, miljösamordnare hos Flextronics.
- Vi ger kurser i blyfri produktion. Kunskapen om hur det går till finns redan. Det som krävs är att sprida den till industrin, säger Lars Wallin på Legotronic.
- Den största miljöboven för mönsterkort idag är dålig optimering, säger Lars-Gunnar Klang, mönsterkortskonsult på Mtek.
- Ju fler kort man kan få ut per panel, desto mindre spill blir det. Ökat utnyttjande ger dessutom större intäkter, säger han.
Kräver högre temperatur
De flesta problemen har sin grund i att blyfri lödning kräver mycket högre temperaturer, eftersom ersättningsmaterialen överlag har högre smältpunkt. Eftersom processtemperaturerna blir högre går det inte att använda vilka laminat som helst till mönsterkorten, och det går inte heller att använda vilka komponenter som helst.
Tenn-bly-legeringen med 63 procent tenn och 37 procent bly är den vanligaste legeringen i lod, eftersom det har en låg smältpunkt, 183°C, och hög mekanisk hållfasthet. Ju lägre smältpunkt för lodet, desto mindre är risken att känsliga komponenter skadas i lödugnarna.
- När det gäller lodet är det tenn-silver-koppar som för närvarande är rekommenderat för omsmältning, och tenn-koppar eller tenn-silver för våglödning, säger Dag Andersson på IVF Industriforskning och utveckling.
Tenn-silver, tenn-koppar och tenn-silver-koppar-legeringar har smälttemperaturer mellan 200 och 250°C. I Japan används legeringar med vismut, som har lägre omsmältningstemperatur.
- Innan samtliga komponenter blivit blyfria är vismut problematiskt. Vismut och bly tillsammans bildar en lågsmältande legering, som smälter redan vid 96°C, vilket påverkar de termiska utmattningsegenskaperna negativt. I Europa och USA undviker man vismut, säger Dag Andersson.
Tidigare har man kunnat ligga 40-50° över smältpunkten i omsmältningsugnen, mot 25-30° vid blyfri produktion. Blyfritt ger alltså ett smalare processfönster och ställer högre krav på lödutrustningen och lödprofilen som används.
Även själva designen av kretskort kan behöva ändras. Stora komponenter med hög termisk massa tar lång tid på sig att gå upp i temperatur, medan små komponenter snabbt når höga temperaturer. Det gör att man får tänka på placeringen i större utsträckning än idag, och försöka undvika att blanda stora och små komponenter.
Köp en ny gryta
Utrustningen för våglödning måste ses över. Den traditionella rostfria lodgrytan angrips i allmänhet av de blyfria loden, och bör bytas ut mot en dyrare keramisk lodgryta. Kvävgasatmosfär är förmodligen också nödvändigt för att minska slaggbildningen och ge en stabil process.
Blyfri ytbehandling av mönsterkorten kan ske med exempelvis tenn, nickel-guld, silver eller organiskt lack, så kallat OSP (organic solderability preservatives).
- Sämsta miljöval av dessa ersättningsmaterial är kemiskt nickel-guld, hävdar Lars Wallin.
- Det är farligt både för miljön och för dem som arbetar med materialet. Det är mycket energikrävande, med varma bad som måste stå på. Baden går inte att återvinna, utan de måste skickas på destruering.
- Bästa miljöval är OSP, med låg energi- och vattenkonsumtion, bra hållbarhet, lätthet att återvinna och låg totalkostnad. Det har dessutom fördelen att det går att göra om processen om inte ytbehandlingen blir bra. OSP ger också de hållbaraste lödfogarna, säger Lars Wallin.
Ett av problemen med miljövänlig ytbehandling är den termiska expansionen. De högre temperaturerna leder till termisk expansion i höjdled, vilket i sin tur kan ge sprickbildningar i mikrovialagret.
Farligare flussångor
Vid ytbehandling med vanligt tenn kan man få problem med så kallade "whiskers". Det är kristaller som växer ut som "morrhår" och som kan skapa kortslutningar.
- Vi har använt matt tenn istället, berättar Dag Andersson på IVF. Nickel-palladium är också ett alternativ, men det är dyrt och erbjuder inte så bra vätning. Ett aktivare flussmedel kan förbättra vätningen.
De flussmedel som används vid blyfri lödning är överlag mer aktiva. Därför är det viktigare än någonsin med bra utsug för att minimera inandningen av flussångor.
Ett annat problem uppstår vid tvättning av kretskort lödda med blyfritt lod. De högre temperaturerna vid blyfri lödning gör att flussmedelsresterna är hårdare fastbrända.
Ytterligare ett problem är att många plastkomponenter måste lagras bättre. Plastkomponenter som tidigare kunnat förvaras i rumstemperatur och direkt monteras och lödas, kan istället kräva förvaring under torra förhållanden.
Om komponenten tar upp fukt och sedan omsmälts vid högre temperaturer än tidigare kan man råka ut för komponentsvällning, så kallad popcorneffekt. En lösning kan vara att "baka" (förtorka) en del komponenter.
Blyfri gemenskap (se faktarutan)
EU om miljö
AIS-18, ett IVF-projekt inom Vinnova-programmet Aktiv Industriell Samverkan
NONE, Blyfri elektronikmontering hos SMF i Norden
National Physical Laboratory, UK
Soldertec, brittisk branschorganisation för blyfri lödning
Envirowise, UK
MQS Network
Torun Bager
