Wstęp
Ekstremalne scenariusze zastosowań, takie jak falowniki pojazdów nowej generacji,-ładowarki pokładowe (OBC) i falowniki do magazynowania energii fotowoltaicznej, podnoszą niezawodność produkcji PCBA do nowych fizycznych granic. Podczas pracy z dużą mocą temperatura złącza tych produktów często pozostaje w-zakresie wysokich temperatur od 125 do 150 stopni przez dłuższy czas. Pod wpływem połączonych efektów ciągłych naprężeń termicznych i mechanicznych stopy lutownicze-bezołowiowe ulegają powolnej i trwałej deformacji plastycznej zwanej „pełzaniem”. Gdy pełzanie gromadzi się do pewnego stopnia, powoduje powstawanie mikroskopijnych pęknięć w połączeniach lutowanych, co ostatecznie prowadzi do zniszczenia zmęczeniowego. Analiza mechanizmu pełzania stopów lutowniczych i wdrażanie precyzyjnych interwencji procesowych podczas produkcji PCBA ma fundamentalne znaczenie dla zapewnienia długoterminowego-niezawodnego działania nowej elektroniki energetycznej.
Mechanizm pełzania lutu: poślizg granic ziaren w metalach pod wpływem wysokiej-naprężenia temperaturowego
Stopy lutownicze-bezołowiowe (takie jak powszechnie stosowany SAC305, stop cyny-srebra-miedzi zawierający 3,0% srebra i 0,5% miedzi) mają temperaturę topnienia około 217 stopni. Zgodnie z zasadami mechaniki materiałów, gdy temperatura pracy metalu przekracza 50% jego bezwzględnej temperatury topnienia (mierzonej w Kelvinach), efekt pełzania zostaje znacząco aktywowany. Przy 125 stopniach (około 398 K) homologiczna temperatura lutu SAC305 osiąga 0,81, znacznie przekraczając próg pełzania wynoszący 0,5. Oznacza to, że nawet pod bardzo niskimi naprężeniami,-takimi jak naprężenia ścinające spowodowane niedopasowanymi współczynnikami rozszerzalności cieplnej (CTE) pomiędzy płytką PCB a chipem,-ziarna metalu z osnową cyny w złączu lutowanym będą ulegać powolnemu wzajemnemu poślizgowi i dyfuzji atomowej wzdłuż granic ziaren. Długotrwała praca w wysokiej-temperaturze prowadzi do zgrubienia ziaren w złączach lutowanych, w wyniku czego na granicach ziaren gromadzą się mikroskopijne puste przestrzenie, które przekształcają się w makroskopowe pęknięcia. Jest to podstawowa przyczyna techniczna słabego styku elektrycznego lub sporadycznych otwartych obwodów w nowych zespołach PCBA zajmujących się energią.
Modyfikacja stopu poprzez domieszkowanie pierwiastkami śladowymi: wzmocnienie efektu przypinania granic ziaren
Ponieważ tradycyjne luty-bezołowiowe mają trudności z odpornością na uszkodzenia spowodowane pełzaniem w długotrwałych wysokich temperaturach, przyjęcie nowych materiałów stopowych o doskonałej odporności na pełzanie jest podstawową strategią pozwalającą stawić czoła temu wyzwaniu w obecnej produkcji PCBA. Do produkcji płyt rdzeniowych do nowych zastosowań energetycznych stopniowo stosuje się-niezawodne luty domieszkowane pierwiastkami śladowymi (takimi jak bizmut (Bi), antymon (Sb), nikiel (Ni) i kobalt (Co)), czego typowym przykładem są stopy Innolot. Dzięki włączeniu tych pierwiastków śladowych do matrycy cynowej w metalu tworzy się drobna i równomiernie rozłożona faza dyspersyjna drugiej-fazy. Kiedy na połączeniach lutowanych występuje pełzanie, te twarde cząstki działają jak „efekt unieruchomienia” na granicach ziaren, skutecznie hamując poślizg ziaren metalu i ruch mikro-dyslokacji. Dane eksperymentalne pokazują, że w testach starzenia termicznego w temperaturze 150 stopni wytrzymałość na rozciąganie i-czas pełzania w wysokiej temperaturze stopów Innolot jest ponad dwukrotnie większa niż w przypadku standardowego SAC305, zapewniając solidną barierę mikrostrukturalną dla płyt głównych nowych inwerterów energii.
Lutowanie rozpływoweKontrola szybkości chłodzenia: Optymalizacja początkowej wielkości ziarna
Oprócz składu samego lutu, kontrola termodynamiczna podczas procesu produkcji PCBA bezpośrednio określa odporność początkowej mikrostruktury na pełzanie. Szybkość chłodzenia w procesie lutowania rozpływowego jest kluczowym parametrem kontrolnym. Technicy muszą ściśle kontrolować szybkość chłodzenia w fazie chłodzenia w zakresie od 3,5 do 5,5 stopnia na sekundę. Szybkie chłodzenie zmusza roztopiony metal do szybkiego zestalenia, w wyniku czego powstaje drobna, gęsta i równomiernie rozmieszczona mikrostruktura eutektyczna, która zapobiega tworzeniu się grubych monokryształów. Ponieważ drobnoziarniste-mikrostruktury mają więcej granic ziaren, zapewniają lepszą wytrzymałość mechaniczną w temperaturze pokojowej; ponadto we wczesnych stadiach pełzania-w wysokiej temperaturze gęsta mikrostruktura opóźnia zarodkowanie i ekspansję pustek. Jeśli szybkość chłodzenia jest zbyt mała (np. poniżej 2,0 stopnia na sekundę), w połączeniach lutowniczych wytrącają się gruboziarniste związki Ag₃Sn-podobne do igieł. Podczas późniejszej-długiej{15}}pracy w wysokiej temperaturze obszary otaczające te grube cząstki są bardzo podatne na przekształcenie się w punkty koncentracji naprężeń i jako pierwsze wywołają pękanie pełzające.
Utwardzanie pod wypełnieniem: przenoszenie naprężeń zewnętrznych i dyspersja
Restrukturyzując rozkład naprężeń zewnętrznych w obszarze lutowanym, można skutecznie zmniejszyć obciążenie pełzające przenoszone przez stop lutowniczy i wydłużyć całkowitą żywotność PCBA. W przypadku wysokotemperaturowych,-dużych urządzeń przenoszących wysoki prąd na płytach głównych pojazdów wykorzystujących nowe źródła energii (takich jak moduły IGBT i duże-BGA), producenci zazwyczaj stosują proces niedopełnienia poponowny przepływpiekarniklutowanie. Przy użyciu-precyzyjnych maszyn dozujących pod chip wtryskiwana jest żywica epoksydowa o wysokim-module i niskim-WRC. Poprzez działanie kapilarne wypełnia szczeliny pomiędzy elementem a płytką PCB i ulega utwardzaniu termicznemu. Utwardzona warstwa żywicy ściśle wiąże chip z płytką, tworząc sztywną, zintegrowaną całość. Kiedy wzrost temperatury powoduje niedopasowanie współczynnika CTE, większość naprężeń ścinających jest pochłaniana i rozpraszana przez zewnętrzną matrycę żywiczną, drastycznie zmniejszając obciążenie fizyczne wywierane na połączenia pasty lutowniczej. Opóźnia to początek fazy pełzania termicznego stopu lutowniczego na poziomie strukturalnym.
Pokonanie wyzwań związanych z pełzaniem związanych ze stopami lutowniczymi wymaga kompleksowego,-wielwymiarowego podejścia, które obejmuje dobór metalurgiczny, kontrolę temperatury pieca i wzmocnienie konstrukcyjne.
Szybkie fakty na temat NeoDen
- Założona w 2010 roku, 200 + pracowników, 27000+ mkw. fabryka.
- Produkty NeoDen: różne serie maszyn PnP, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Seria pieców rozpływowych IN oraz kompletna linia SMT zawierają cały niezbędny sprzęt SMT.
- Klienci 10000+ odnoszący sukcesy na całym świecie.
- 40+ Globalni agenci działający w Azji, Europie, Ameryce, Oceanii i Afryce.
- Centrum badawczo-rozwojowe: 3 działy badawczo-rozwojowe z 25+ profesjonalnymi inżynierami badawczo-rozwojowymi.
- Znajduje się na liście CE i posiada 70+ patentów.
- 30+ inżynierowie ds. kontroli jakości i wsparcia technicznego, 15+ starsi pracownicy ds. sprzedaży międzynarodowej, którzy zapewniają szybką reakcję klientów w ciągu 8 godzin i dostarczanie profesjonalnych rozwiązań w ciągu 24 godzin.