Firma GE pomaga firmie Winchester w przystosowaniu produkowanych przez nią złączy do lutowania w wysokich temperaturach dla zastosowań bezołowiowych bez kosztownej wymiany oprzyrządowania

Udowodniono, że ołów wraz innymi ciężkimi metalami odkłada się w środowisku naturalnym. Dyrektywa Unii Europejskiej (UE) dotycząca ograniczenia użycia substancji niebezpiecznych (RoHS) nakłada ograniczenia dot. zastosowania tych materiałów w podzespołach i produktach branży elektrycznej i elektronicznej (E/E). Przepisy o substancjach niebezpiecznych wymogły upowszechnienie nowych metod lutowania, w których powierzchniowy montaż złączy na płytkach drukowanych odbywa się bez użycia ołowiu.

W związku z tym firma Winchester Electronics, amerykański producent wysokoprzepustowych złączy informatycznych, wprowadziła na rynek kompletną linię wyrobów spełniających te wymogi. Stwierdzono jednak, że stosowane w procesie produkcyjnym tworzywo polibutyleno-tereftalanowa (PBT) nie jest odporne na wysokie temperatury wytwarzane w piecach rozpływowych, których używa się do lutowania bezołowiowego. Potrzebne było tworzywo nie tylko odporne na wysoką temperaturę, ale także spełniające normy, które zabraniają stosowania halogenowych związków obniżających palność oraz charakteryzujące się szeregiem innych, ściśle określonych własności. Równie istotne było znalezienie materiału, który nadawałby się do wykorzystania w dotychczas używanych formach, tak aby uniknąć wysokich kosztów oraz długotrwałego opracowywania i testowania nowego oprzyrządowania. Aby zrealizować to pozornie niewykonalne zadanie, zasięgnięto porady firmy GE Plastics.

GE Plastics i Winchester Electronics

Cel: Wprowadzenie lutowania spełniającego przepisowe wymogi w zakresie technologii bezołowiowych

Firma Winchester Electronics zajmuje się projektowaniem i produkcją szerokiego asortymentu złączy elektronicznych używanych przez producentów OEM i podwykonawców działających w przemyśle komputerowym, wojskowym/lotniczym i kosmicznym oraz w branży produkcji sprzętu medycznego. Firma wytwarza wiele produktów na terenie Chin i Malezji; złącza znajdują nabywców wśród międzynarodowych firm, których produkty dystrybuowane są na całym świecie i muszą odpowiadać globalnym standardom.

Biorąc pod uwagę wejście w życie normy RoHS UE w czerwcu 2006 roku, firma Winchester rozpoczęła opracowywanie kompletnej linii zgodnych z nią produktów. Aby jednak możliwe było zastosowanie wyższych temperatur w nowym procesie lutowania w celu spełnienia wymogów dotyczących zastosowań bezołowiowych w technologii montażu powierzchniowego, która zyskała popularność dzięki szybciej przebiegającemu procesowi produkcji, większej opłacalności oraz zgodności z przepisami RoHS, firma Winchester była zmuszona do znalezienia alternatywnego tworzywa dla tworzyw PBT, stosowanego do odlewania złączy.

„Potrzebowaliśmy materiału zdolnego wytrzymać temperatury przekraczające 260 C przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości mechanicznej w procesie lutowania rozpływowego w podczerwieni” – wyjaśnia Steven Fournier, dyrektor działu technicznego firmy Winchester.

Inne wymogi stawiane nowemu tworzywu dotyczyły ognioodporność bez zastosowania halogenowanych domieszek, zgodnie z dyrektywami RoHS i WEEE (w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego) oraz doskonałych właściwości mechanicznych, obejmujących wytrzymałość na rozciąganie i odporność na uderzenia.

Firma Winchester miała jeszcze jeden istotny cel – uniknięcie wysokich kosztów oraz czasochłonnego opracowywania i uzyskiwania certyfikatów dla nowych narzędzi. Rzecz jasna firma potrzebowała tworzywa spełniającego wszystkie wymogi dotyczące ochrony środowiska i wydajności, które mogło bez problemu zastąpić dotychczas stosowane tworzywo PBT.

Rozwiązanie: Specjalne tworzywo LNP* Starflam* X-Gen firmy GE

W miarę zbliżania się terminu wprowadzenia przepisów RoHS i WEEE firma GE Plastics realizowała powierzone jej zadanie. Wobec upowszechnienia technologii montażu powierzchniowego metodą lutowania bezołowiowego w wysokiej temperaturze firma GE Plastics wyszła naprzeciw potrzebom producentów urządzeń elektrycznych i elektronicznych, wprowadzając nowe materiały, które spełniają wymogi unijnych dyrektyw i zachowują odpowiednie własności w szerszym zakresie temperatur.

Jednym z nich jest tworzywo LNP Starflam UF-1006 HW Z270 – wysokotemperaturowy nylon z 30% zawartością wzmacniającego włókna szklanego. Tworzywo należy do rodziny produktów LNP Starflam X-Gen. W jego produkcji firma GE stosuje opatentowaną technologię ograniczającą palność i umożliwiającą działanie bezhalogenowe o wartości znamionowej UL 94 V-0.Tworzywo LNP Starflam UF-1006 HW Z270 cechuje się minimalną temperaturą odkształcalności termicznej (HDT) 260 C, stanowiąc doskonały materiał do lutowania, spełniający wymogi w zakresie zastosowań bezołowiowych. Ponadto powstaje ono na podłożu pewniej odmiany poliftalamidu (PPA), formowanego w gorącej wodzie, co umożliwia zaoszczędzenie kosztów energii związanej z użyciem gorącego oleju w procesie produkcji. Niski ciężar właściwy w porównaniu z innymi materiałami oznacza większą ilość elementów na jednostkę masy oraz oszczędności dla klientów.

Tworzywo to posiada jeszcze jedną istotną cechę. „Zaletą tej odmiany tworzywa LNP Starflam jest to, że firma GE zaprojektowała je tak, aby miało ten sam współczynnik kurczliwości co tworzywo PBT, powszechnie stosowane przez producentów podzespołów elektronicznych, takich jak firma Winchester” – powiedział Jamie Tebay, menedżer produktu w firmie GE Plastics. „Formy stalowe stosowane przez firmę Winchester w produkcji złączy dostosowane są do określonego poziomu kurczliwości, a ich wymiana byłaby bardzo kosztowna. Zastępując tworzywo PBT tworzywem LNP Starflam firmy GE, uniknięto konieczności zmiany oprzyrządowania.”

Dodatkowe usługi: Lokalne wsparcie i globalne zasoby

Biorąc pod uwagę fakt, że znaczna część produkcji złączy firmy Winchester odbywa się w Chinach, duże znaczenie miała możliwość wykorzystania rozległych zasobów firmy GE Plastics. Fournier zauważył: „Przez ostatnie kilka lat pracowaliśmy bardzo ciężko nad stworzeniem globalnej sieci dostaw na obszarze Azji, w której firma GE odgrywa istotną rolę. Byliśmy zadowoleni, że biuro firmy GE w Chinach mogło zapewnić lokalne wsparcie dla naszych zakładów odlewniczych, zapewniając doradztwo w lokalnym języku. Ponadto firma GE posiada fachową wiedzę i zaplecze umożliwiające globalne wsparcie dla swoich produktów, które może okazać się kluczowe podczas uruchamiania nowej produkcji i transferu produktów.”

Korzyści: Bezproblemowe zastąpienie materiału, pozwalające zaoszczędzić czas i pieniądze

Dzięki zastosowaniu tworzywa LNP Starflam w tworzywa PBT firma Winchester uzyskała odczuwalną oszczędność czasu i środków. Jak stwierdził Fournier: „Koszty zmiany oprzyrządowania mogłyby wynieść aż 2 miliony dolarów amerykańskich, zaś opracowanie i uzyskanie certyfikatów mogłoby zająć nawet rok. Poza tym, moglibyśmy być zmuszeni do przeprowadzenia kilku programów projektowych w okresie przekształcenia – przy jednoczesnym zagrożeniu utraty klientów.”

Złącza formowane z tworzywa LNP Starflam firmy GE są nie tylko wymiarowo identyczne jak te formowane z PBT, ale charakteryzują się także lepszą wytrzymałością. „Uzyskaliśmy lepsze właściwości mechaniczne, które zwiększyły elastyczność naszych złączy, zapewniając większą trwałość elementów w wymagających środowiskach – powiedział.

Według Fourniera tworzywo LNP Starflam firmy GE stało się standardem pod względem potrzeb firmy związanych z przepisami RoHS. „Zbadaliśmy inne materiały, lecz nie mogły one zapewnić wymaganych właściwości mechanicznych w określonym zakresie temperatur. Tworzywo LNP Starflam zapewnia doskonałe wyniki strukturalne w wymaganej temperaturze topnienia 260 C oraz zgodność z normami dla niehalogenowanych substancji obniżających palność.”

Tebay dodał: Inicjatywa „ecomagination”* firmy GE została opracowana z myślą o takich jak te wyzwaniach, poprzez stworzenie nowatorskich materiałów, które spełniają jednocześnie surowe wymagania i pozwalają klientom pomyślnie dostosować procesy produkcji.”

Więcej informacji: www.winchesterelectronics.com.

Reader Enquiries

GE Plastics

Plasticslaan 1
4600 AC Bergen op Zoom
Netherlands

+31 164 29 20 97

Helen.vandebovenkamp@​ge.com

www.geplastics.com