Эволюция технологий: Ивер Андерсон становится лидером в области пайки электроники

Dec 21, 2023

Айвер Андерсон, изобретатель. С сайта Национального зала славы изобретателей.

Пайка, процесс, при котором два предмета соединяются друг с другом путем плавления присадочного металла с низкой температурой плавления и заливки места соединения жидким металлом, — это процесс, который сегодня используется во многих важных процессах металлообработки, от производства электроники до установки водопроводных труб. Однако свидетельства примитивных методов пайки уходят корнями в древнюю Месопотамию, находившиеся на протяжении тысячелетий.

В течение долгого времени большая часть процесса пайки, используемого в различных отраслях промышленности, основывалась на использовании припоев на основе олова и свинца, воздействие которых на здоровье и окружающую среду привело к принятию таких законов, как Закон о безопасной питьевой воде 1986 года. Припои на основе свинца являются основным источником свинца, который попадает в системы водоснабжения, а такие припои и трубы способствуют возникновению кризисов в области здравоохранения, таких как высокий уровень свинца в питьевой воде во Флинте, штат Мичиган. Высокий уровень свинца в организме человека может привести к проблемам развития у детей, а также к высокому кровяному давлению и повреждению почек у взрослых.

В прошлое воскресенье, 18 июня, исполнилась 21 годовщина выдачи важного патента, защищающего припой без свинца, который нашел большое применение в производстве электроники и других отраслях. Его изобретатель, профессор и металлург Айвер Андерсон, в 2017 году был включен в Национальный зал славы изобретателей. Сегодня в 70 процентах электронных продуктов, производимых по всему миру, используется бессвинцовый припой Андерсона. Гонорар за патент, срок действия которого истек в 2013 году, превысил 58 миллионов долларов, что сделало его самым ценным патентом в истории лаборатории Эймса и Университета штата Айова, объектов, где Андерсон завершил исследования и разработки своего изобретения.

В мире электроники пайка является решающим шагом в соединении множества крошечных электронных компонентов внутри устройства таким образом, чтобы обеспечить протекание электрического тока и выполнение электронных функций устройства. Схемы можно создавать на макетной плате без пайки, но без припоя схема придет в негодность в течение нескольких дней. Хотя пайка также используется для соединения труб в сантехнике, тип используемого припоя другой; Припой, используемый в электронике, имеет гораздо меньший размер, чем припой для сантехники, а в припое для сантехники используется кислотный флюс, который слишком агрессивен для электронных устройств.

В течение многих лет материалы на основе свинца были наиболее популярным выбором для пайки в электронике по нескольким причинам. Припои на основе свинца были экономичны, имели низкую температуру плавления, высокую прочность и хорошую устойчивость к коррозии. Хотя объем знаний о ядовитом воздействии свинца на человека и окружающую среду рос в течение 20-го века, не было бессвинцовых припоев, которые имели бы характеристики, аналогичные припоям на основе свинца, которые могли бы заменить использование свинца в электронных продуктах.

В конце 1990-х годов индустрия микроэлектроники США предпринимала шаги по разработке бессвинцовых решений для пайки электронных компонентов. Стандарты в области электроники, разработанные в 1997 году Ассоциацией объединенной электронной промышленности (IPC), положили начало отходу электронной промышленности от использования припоя на основе свинца в ответ на законодательное и нормативное давление. По данным Национального института стандартов и технологий (NIST), потребность отрасли в данных о материалах и бессвинцовых припоях также была указана в Международной технологической дорожной карте для полупроводников 1999 года.

На международном уровне нормативно-правовая база, связанная с использованием припоев на основе свинца в производстве электроники, усилилась в течение первого десятилетия 21 века. В феврале 2003 года Европейский Союз принял закон, запрещающий производство электронных продуктов, содержащих свинец, или доставку таких продуктов в ЕС; этот закон вступил в силу в июле 2006 года. Японские регулирующие органы также предприняли шаги по снижению уровня свинца, используемого в производстве электроники, к концу 1990-х годов.