Obiecująca alternatywa dla lutowania
Obecnie większość łączenia w elektronice odbywa się z użyciem metalicznego wypełniacza, czyli lutowia (lutu). Kropla stopionego lutowia jest umieszczana między łączonymi elementami, po czym tężeje i tworzy ścieżkę przewodzącą prąd. Wykonane w ten sposób drobne połączenia są z biegiem czasu narażone na niszczenie, szczególnie w nieprzyjaznych warunkach w postaci skrajnych temperatur i wibracji. Ich uszkodzenia mogą mieć istotne konsekwencje zarówno dla przedsiębiorstw, jak i dla użytkowników produktów. Badaczom udało się znacznie zmniejszyć skalę działania nowatorskiej techniki zgrzewania, która początkowo była stosowana jedynie do dużych części w sektorze transportowym. Korzystając z dofinansowania UE dla projektu MICROSTIR , naukowcy opracowali metodę mikrospawania tarciowego z przemieszaniem, którą można stosować również do bardzo cienkich blach i specjalistycznej elektroniki. Spawanie tarciowe z przemieszaniem to metoda łączenia w stanie stałym, która polega w uproszczeniu na zmiękczaniu łączonych krawędzi ciepłem tarcia wytwarzanego przez obrotową końcówkę zgrzewającą. Elementy są następnie mocno dociskane, przez co powstają równe zgrzewy o wyjątkowo drobnej strukturze ziarna. Spawanie tarciowe z przemieszaniem pozwala przy tym wykonywać wysokiej jakości połączenia dwóch materiałów o różnych właściwościach przy minimalizacji powstawania niepożądanych związków w miejscu zgrzewania. Ponadto cały proces wymaga znacznie mniej energii niż metody konwencjonalne i prawie wcale nie generuje zanieczyszczeń, a przy tym jest bezpieczniejszy dla pracowników. Zespół stworzył też narzędzia, procesy i prototypowy sprzęt produkcyjny do montażu i hermetyzacji elektroniki przeznaczonej do pracy w nieprzyjaznych warunkach. Opracowano dwa systemy prototypowe: do spawania punktowego elektroniki i spawania liniowego połączeń hermetycznych. Oba systemy wdrożono pilotażowo w zakładach produkcyjnych i wykonano nimi szereg wysokiej jakości spoin, jednocześnie identyfikując ograniczenia fizyczne wynikające z miniaturyzacji procesu. Zebrane dane umożliwiły dokładne określenie potencjalnych zastosowań, parametrów spawania i konfiguracji. Projekt MICROSTIR przesunął dotychczasowe granice możliwości spawania tarciowego z przemieszaniem, opracowując prototypowe narzędzia i procesy do montażu elektroniki oraz hermetyzacji komponentów przeznaczonych do pracy w wymagających warunkach. Dalsza optymalizacja powinna umożliwić wprowadzenie nowej technologii na rynek z korzyścią dla małych i średnich przedsiębiorstw w branży montażu elektroniki.
Słowa kluczowe
Lutowie, lutowanie, połączenia obwodów, elektronika, spawanie, łączenie elektroniczne, nieprzyjazne warunki, spawanie tarciowe z przemieszaniem, mikroukłady, montaż elektroniki, hermetyzacja, spawanie punktowe, spawanie liniowe, uszczelnianie hermetyczne
