Egy új, az iparban még kevéssé alkalmazott, környezetbarát áramköri forrasztási technológia lehetőségeit vizsgálja kutatásaiban Géczy Attila Bolyai-ösztöndíjas villamosmérnök.

„Az iparban még csak néhány helyen vetették be, és a kutatólaboratóriumokban is egyelőre kevesen foglalkoznak a gőzfázisú forrasztással. E folyamatban (angolul Vapour Phase Soldering, VPS) a forrasztáshoz előkészített szerelvényt, azaz az áramköri szerelőlemezt, a felvitt forraszanyagot és a beültetett alkatrészeket magas forráspontú folyadék telített gőzével beterített munkatérbe helyezik. E közeg általában egy speciális ún. 'perfluor poliéter' polimer folyadékból áll, amely nem lép reakcióba a szerelvényen található anyagokkal, és a korábban alkalmazott környezetkárosító vegyszereket is hatékonyan helyettesíti. Forrasztáskor a kezdetben szobahőmérsékletű szerelvény a gőzzel telített térbe jut, majd a gőz lecsapódik, a kondenzátum pedig egybefüggő filmréteget képez a felületén. A lecsapódás során a szerelvénnyel hőenergiát közlünk, a forrasztási pontokon is. Az ilyen módszerrel létrehozott forrasztókötések megbízhatósága kiemelkedő” – mutatta be a kísérleteiben vizsgált folyamatot Géczy Attila, a BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikai Technológia Tanszék adjunktusa.

„A módszer nagy jövő előtt áll, ám széleskörű bevezetése jelentős üzemi átalakulásokkal és kiadásokkal jár együtt: a jelenleg használt ipari standardok leváltására, új szabványra, kidolgozott eljárásokra és gyakorlati tesztekre van szükség, ami évekig tart” – magyarázza az eljárás elterjedtségének hiányát a VIK oktató-kutatója.

Attilát az új technológia lehetőségeinek kiaknázása, alaposabb megismerése és az újdonság vonzotta, amikor a gőzfázisú forrasztások vizsgálata mellett tette le a voksát. Több éve tanulmányozza az elektronikai felületszerelési és felületkezelési eljárásokat, ezen belül is a forrasztás technológiáját és a forrasztás hőátadási folyamatait. Legújabb kutatási tervét Bolyai János Ösztöndíjjal ismerte el a Magyar Tudományos Akadémia (pályázatának címe: „Áramkörök szerelésénél alkalmazott gőzfázisú forrasztás kondenzációs hőátadásának kutatása újszerű módszerekkel” – szerk.).

„Hallgatóként egy előadáson ismerkedtem meg a forrasztópáka alkalmazásával és a forrasztás technológiájával, és kezdetben nem gondoltam, hogy valaha ezzel a témával akarok foglalkozni” – vallotta be a kitüntetett, aki később a PhD-konzulense, Illyefalvi-Vitéz Zsolt, a VIK Elektronikai Technológia Tanszék egyetemi docense hatására változtatta meg elhatározását, és kapcsolódott be az innovatív technológia, a gőzfázisú forrasztás vizsgálataiba. „Az inspiráló szakmai közeg és a téma újdonságának varázsa miatt döntöttem úgy, hogy kutatni szeretnék” – idézte fel első lépéseit Géczy Attila.

A forrasztási eljárás elődjét már az 1970-es években feltalálták, ám a módszert később betiltották a gőztér kialakításához alkalmazott, a környezetre káros vegyszerek miatt. Az ezredforduló utáni években egy olasz cég fejlesztése élesztette újjá a gőzfázisú forrasztást: egy új hőátadó folyadékot fejlesztettek ki, amelyet a környezet károsítása nélkül alkalmaz az ipar, többek között forrasztási vagy tisztítási feladatokra, vagy kenőanyagnak.

Az új forrasztási eljárás további előnye más alkalmazott módszerekhez képest az alacsony energiaigénye és az egyenletes hőátadás is. Amint említettük, a lecsapódó kondenzátum egybefüggő filmréteget alkot a szerelvényen, ami egyúttal azt is jelenti, hogy a felületén nincsenek jelentős hőmérséklet-különbségek. A filmréteg kizárja a folyamatból az oxigént, így megakadályozza a fémek oxidációját. Utóbbi kritérium lényeges például a légkeveréses kemencéknél is, amelyek használatakor külön nitrogéngázt fújnak a munkatérbe az oxigén kiszorítására.

„Hadi elektronikában és repüléstechnikában már alkalmazzák a technológiát, hiszen ott nagyon fontos feltétel az egyenletes és kiemelkedő minőségű forrasztás. E mellett a teljesítmény-elektronikák szerelésénél vagy szervízelésnél, például hibás RAM-modulok problémás forrasztási kötéseinek javításánál is használják a gőzfázisú forrasztást” – említett néhány gyakorlati példát Géczy Attila, hozzátéve, hogy Magyarországon még csak néhány üzemben van jelen a technológia.

Géczy Attila Bolyai-ösztöndíjasként a különböző alapanyagú elektronikai szerelőlemezeken (az áramkörök alapjául szolgáló hordozó – szerk.) történő hőátadást is vizsgálja. „Az áramköri hordozóra nyomtatással viszik fel a paszta formájú forrasztóötvözetet, majd az alkatrészek beültetése után hőkezelésnek vetik alá a szerelvényt, hogy adhéziós-diffúziós forrasztókötés alakulhasson ki a lemez kontaktusai, azaz a lemez kontaktusfelületei és az alkatrészek kivezetései között.” PhD-hallgatóként már elkészítette e folyamat egyszerű modelljét, amelyet a következő 3 évben szándékozik továbbfejleszteni. Attila úgy tervezi, hogy a hőátadás méréstechnikáját dolgozza ki a lehető legkevesebb zavaró tényező beépítésével.

„Egy forrasztótérben elhelyezett érzékelő jelentősen befolyásolhatja a forrasztást: például a beépített szenzor vezetékén lecsapódó folyadék hatással lehet a hőátadásra, és az áramköri lemez esetleges dőlésszöge is hatást gyakorolhat a hőátadás egyenletességére” – említette a kiküszöbölendő problémákat. Elméleti és kísérleti következtetései forrasztókemencék vezérlésének kiépítésekor, a tervezési irányelvek megalkotásakor, különböző speciális követelményeket igénylő áramkörök létrehozásakor is hasznosíthatók lehetnek. Korábbi ipari feladatban Attila egy gőzfázisú forrasztási kemencékkel foglalkozó cégnek végzett alapkutatást, egy újszerű kemencevezérlési megoldás ipari bevezetésén dolgozott együtt a vállalattal.

Géczy Attila első alkalommal nyert Bolyai-ösztöndíjat. Tavaly egy gyors lefolyású, ám rossz időpontban érkező betegség miatt nem tudta benyújtani a pályázatát, így nagy örömmel tölti el, hogy most a legjobbak között tartják számon. „Fiatal kutatóként a Bolyai-ösztöndíj egyet jelent számomra a szakma legjobbjainak megtisztelő visszajelzésével.” A kitüntetett műegyetemi kutató távlati célja a habilitáció, majd a körülmények függvényében az MTA doktori cím megszerzése.

Attila közel két évig volt gyakornok egy cégnél, szívesen emlékszik az iparban töltött időszakra, amikor szakmailag és emberileg is sok tapasztalatot szerzett. A kutatói szakma sokszínűsége, a tudományos lehetőségek széles tárháza és a tanítás iránti szeretete hozta vissza az egyetemre. „Jól érzem magam a tanszéken és minden nap örömmel jövök be dolgozni” – vallja a Bolyai-ösztöndíjas kutató, aki nemcsak tanszéki önkéntes feladatokat vállal szívesen, hanem korábban az Impulzus című kari lap újságírója is volt, és közel egy évtizede számítógépes játékokat is véleményez. Szabadidejében a Gamer365.hu videojátékokkal foglalkozó lap tartalmi szerkesztője, valamint a PC Guru magazin külsős újságírója.
 

TZS - TJ

Fotó: TZS