Thông qua việc thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất hợp kim thiếc hàn không chì dạng kem”, ThS. Trần Thụy Thuý Vi và các cộng sự của Vimluki đã làm chủ công nghệ sản xuất vật liệu mới thay thế hợp kim thiếc – chì (Sn-Pb) truyền thống. Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn góp phần thúc đẩy các ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghệ cao, công nghệ vật liệu mới trong nước phát triển.

Thiếc hàn dạng kem (hay kem hàn) là một hỗn hợp bao gồm các hạt hợp kim trộn với chất trợ dung theo một tỷ lệ nhất định. Với các tính chất và ưu điểm riêng, kem hàn thường được ứng dụng trong lĩnh vực điện/điện tử, đặc biệt là sử dụng trong các vi mạch trong lĩnh vực công nghệ cao, điện tử viễn thông và các vi mạch trong lĩnh vực tàu vũ trụ không gian.

Trao đổi với Trang TTĐT Khoa học công nghệ ngành Công Thương, ThS. Trần Thụy Thúy Vi – Chủ nhiệm đề tài cho biết: Thành phần chủ yếu của kem hàn truyền thống là hợp kim thiếc-chì. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu bảo vệ môi trường, kem hàn còn được cấu tạo từ các hợp kim không chì, điển hình là hợp kim thiếc-bạc-đồng (Sn-Ag-Cu). Trong họ hợp kim thiếc-bạc-đồng (Sn-Ag-Cu), các hợp kim có tỷ lệ bạc từ 0,3-4%, tương ứng với SAC0307, SAC105, SAC305, SAC405 được quan tâm nhiều nhất. Trong đó, SAC305 và SAC405 có nhiệt độ nóng chảy gần eutectic nhất (Teut =217oC) trong khi khả năng kháng "mỏi" do nhiệt và khả năng thấm ướt của hợp kim tăng. “Để thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ được Bộ Công Thương giao, chúng tôi đã quyết định lựa chọn sản xuất hợp kim SAC305. Đây hợp kim được sử dụng rộng rãi hơn các hợp kim khác trong lĩnh vực điện, điện tử hiện nay” - ThS. Trần Thụy Thúy Vi cho biết.

Cũng theo ThS. Trần Thụy Thúy Vi, kích thước của các bảng mạch ngày càng giảm dẫn đến kích thước và khoảng cách giữa các mối hàn cũng ngày càng thu nhỏ, chỉ trong khoảng vài micromet. Do đó, kem hàn nano với thành phần chính là các hạt hợp kim hàn ở kích thước nano được dự đoán sẽ là vật liệu hàn của tương lai, thay thế hợp kim thiếc – chì truyền thống. Đối với kem hàn nano, chất trợ dung được thêm vào để hoạt động như một chất kết dính tạm thời, giữ cho các thành phần hợp nhất cho đến khi quá trình hàn làm tan chảy hợp kim và kết nối các bộ phận lại với nhau.

Với mục tiêu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất thiếc hàn không chì dạng kem, nhóm thực hiện đã tiến hành nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp nano hợp kim thiếc hàn SAC305 (Sn=96,5%; Ag=3,0%; Cu=0,5%), trên cơ sở đó tiếp tục nghiên cứu xây dựng quy trình tổng hợp kem thiếc hàn từ nano hợp kim đã được tổng hợp.

ThS. Trần Thụy Thúy Vi cho hay, bằng phương pháp khử hóa học ở điều kiện: sử dụng tiền chất là SnSO4; tỷ lệ nồng độ NaBH4/SAC là 4/1; tỷ lệ nồng độ PVP/SAC là 0,5; dung môi là nước đủ để ngăn chặn sự hình thành oxit thiếc mặc dù phản ứng xảy ra trong môi trường không khí và tại nhiệt độ phòng, nhóm đã tổng hợp thành công bột hợp kim SAC305 có thành phần Sn96,5%-Ag3,0%-Cu0,5%. Bột SAC305 thu được có kích thước hạt tương đối đồng đều, độ tinh khiết cao, tỷ lệ các hàm lượng bạc và đồng trong hợp kim ổn định. Đáng chú ý, quy trình tổng hợp bột hpự kim SAC305 được đánh giá là đơn giản, an toàn và thân thiện với môi trường. Hàm lượng bạc và đồng trong hợp kim cũng được kiểm soát tốt trong quá trình phản ứng.

Từ bột hợp kim hàn SAC305 tổng hợp được, với chất trợ dung hàn No-Clean, nhóm thực hiện tiến hành chế tạo kem hàn và gửi tới Công ty CP Bóng đèn Điện Quang để kiểm tra, đánh giá chất lượng. Kết quả cho thấy, các chỉ tiêu như thành phần hợp kim, nhiệt độ nóng chảy, góc thấm ướt, đột nhớt và tính hàn đều đạt các yêu cầu, chỉ tiêu kỹ thuật. Đặc biệt, các mối hàn được sử dụng kem hàn SAC305 do nhóm sản xuất có độ bóng đẹp, không nứt vỡ do nhiệt sau khi hàn, không gây bong tróc căng cứng cơ khí cho linh kiện và bảng mạch, không làm cong vênh bảng mạch.

“Kem hàn SAC305 do nhóm sản xuất đủ yêu cầu sử dụng làm vật liệu hàn trong sản xuất linh kiện điện tử, đặc biệt là sử dụng trong các vi mạch trong lĩnh vực công nghệ cao” - ThS. Trần Thụy Thúy Vi khẳng định.

Được biết, kem thiếc hàn không chì được sử dụng trong các nhà máy sản xuất linh kiện, thiết bị điện tử, thiết bị điện…của nước ta hiện nay đều phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài, khiến các doanh nghiệp sản xuất bị phụ thuộc vào thị trường thế giới. Chính vì vậy, việc nhóm các nhà khoa học của Vimluki thực hiện đề tài nghiên cứu công nghệ sản xuất hợp kim thiếc hàn không chì dạng kem nói chung và kem hàn SAC305 có thành phần Sn96,5%-Ag3,0%-Cu0,5% nói riêng là rất cần thiết. Đề tài nghiên cứu thành công đã mang lại những mang lại các lợi ích về môi trường. Đồng thời, góp phần thúc đẩy các ngành công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghệ cao trong nước phát triển. Theo đánh giá, đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm quy trình sản xuất hợp kim thiếc hàn không chì dạng kem” có tính khả thi cao do quy trình công nghệ, thiết bị đơn giản, dễ vận hành trong khi sản phẩm tạo ra có chất lượng tốt, đáp ứng được nhu cầu thị trường.