Wstęp
Podczas pracy pokładowe płyty główne sterujące pojazdów transportu kolejowego są poddawane ciągłym wibracjom o niskiej-częstotliwości i nagłym wstrząsom-przy dużym przyspieszeniu. W tak wysokich-warunkach wibracji najważniejszym zagrożeniem stojącym przed produkcją PCBA jest kruche pękanie połączeń lutowanych. Ten typ pęknięcia zwykle występuje na styku związku międzymetalicznego (IMC) pomiędzy złączami lutowanymi-bezołowiowymi a polami PCB. Charakteryzuje się nagłym wystąpieniem bez ostrzeżenia i może łatwo doprowadzić do przerw w sygnalizacji lub awarii sterowania w pociągach. Aby poprawić trwałość zmęczeniową wibracji płyt głównych transportu kolejowego, podstawowym rozwiązaniem jest optymalizacja składu stopu lutowniczego z punktu widzenia mikro-metalurgicznego.
Mechanizm kruchego pękania pod wpływem naprężeń wibracyjnych: koncentracja naprężeń w warstwie IMC
Podczaslutowanie rozpływowena etapie produkcji PCBA cyna w konwencjonalnym lutowiu-bezołowiowym reaguje z miedzią na powierzchni PCB, nieuchronnie tworząc warstwę związków międzymetalicznych (IMC). Chociaż ta struktura eutektyczna służy jako spoiwo dla mocnego połączenia mechanicznego, jest z natury materiałem kruchym. W okresie eksploatacji urządzeń transportu kolejowego na komponenty i podłoże w sposób ciągły działają złożone, zmienne naprężenia mechaniczne. Ze względu na znaczne różnice we współczynnikach rozszerzalności cieplnej (CTE) i modułach sprężystości pomiędzy podłożem PCB (FR-4) a elementami ceramicznymi lub chipami krzemowymi, naprężenia od odkształcenia mechanicznego generowane przez wibracje są silnie skoncentrowane na interfejsie IMC, który ma zaledwie kilka mikrometrów grubości. Kiedy skumulowane naprężenie ścinające przekracza wytrzymałość wiązania na granicach ziaren, pęknięcia szybko inicjują się i rozprzestrzeniają poprzecznie w obrębie IMC lub na jego styku z miedzianą podkładką, powodując natychmiastowe kruche rozwarstwienie złącza lutowanego.
Dodawanie śladowych ilości bizmutu i antymonu: wzmacnianie matrycy cynowej i udoskonalanie struktury ziaren
Aby przeciwdziałać wibracjom mechanicznym o wysokiej-intensywności, poprawa mikrostruktury stopu lutowniczego i spowolnienie tempa propagacji pęknięć to główne cele optymalizacji składu stopu. W-produkcji płyt głównych dużej mocy-do montażu powierzchniowego dla transportu kolejowego szeroko stosuje się obecnie nowe-stopy o wysokiej niezawodności-na bazie tradycyjnej-srebra-miedzi (SAC), ale domieszkowane śladowymi ilościami bizmutu (Bi) i stybu (Sb) -. Dodatek bizmutu umożliwia wzmocnienie roztworu stałego, znacznie zwiększając granicę plastyczności samej osnowy lutowniczej. Tymczasem dodatek antymonu spowalnia tempo gruboziarnistości ziaren w warunkach wysokiej-temperatury i naprężeń, utrzymując-drobnoziarnistą mikrostrukturę. Drobniejsze ziarna powodują znaczny wzrost liczby granic ziaren. Kiedy fale uderzeniowe wibracji rozprzestrzeniają się w spoinie lutowniczej, te liczne granice ziaren skutecznie rozpraszają i absorbują energię, zmuszając mikropęknięcia do ciągłej zmiany kierunku propagacji i wydłużania drogi penetracji, wydłużając w ten sposób dynamiczną trwałość zmęczeniową złącza lutowanego ponad 1,5 razy.
Synergiczny wpływ śladowych ilości niklu i kobaltu: modyfikowanie morfologii i grubości IMC
Kontrolując wytrzymałość matrycy krystalicznej, istotne jest bezpośrednie „rozcieńczenie” i modyfikacja mikrostruktury warstwy IMC-w miejscu, w którym występuje kruche pękanie. Wprowadzając śladowe ilości niklu (Ni) i kobaltu (Co)-około 0,05%-do stopu pasty lutowniczej, można znacząco zmienić kinetykę wzrostu międzyfazowych związków międzymetalicznych podczas procesu rozpływu. Nikiel może wyprzeć część miedzi, przekształcając pierwotnie grubą, wachlarzową-i nierówną grubą warstwę eutektyczną w gładszą, gęstszą i jednolicie grubą kompozytową strukturę krystaliczną. Z drugiej strony kobalt skutecznie hamuje niekontrolowany wzrost kruchej warstwy niskiej-jakości, spowodowany wtórną dyfuzją wywołaną wzrostem temperatury podczas późniejszej-okresowej eksploatacji PCBA. Ścisła kontrola całkowitej grubości warstwy IMC w optymalnym zakresie może znacznie zmniejszyć koncentrację naprężeń na styku i wyeliminować warunki sprzyjające kruchemu pękaniu.
W połączeniu z technologią obróbki powierzchni: tworzenie interfejsu metalurgicznego, który równoważy sztywność i elastyczność
Aby uzyskać optymalną odporność na wibracje, zalety kompozycji lutowniczej muszą być idealnie dopasowane, zarówno fizycznie, jak i chemicznie, do wykończenia powierzchni płytek PCB. W przypadku płyt głównych o wysokich-wibracjach do transportu szynowego generalnie nie zaleca się wykończeń powierzchni w postaci galwanizowanego niklu,-złota (ENIG)-, które może łatwo spowodować zjawisko czarnej podkładki i kruche pękanie warstw-bogatych w fosfor-. Zamiast tego preferowany jest organiczny środek konserwujący lutownicę (OSP) lub srebro zanurzeniowe klasy elektronicznej (Im-Ag). Obróbka powierzchniowa OSP pozwala opracowanemu-lutowiowi o wysokiej wydajności wejść w bezpośredni kontakt z gołą miedzią, tworząc podczas procesu warstwę eutektyczną z czystej miedzi-cynylutowanie rozpływoweoraz zapobieganie zniekształceniom sieci na granicy faz spowodowanym wprowadzeniem-zanieczyszczających atomów metali pochodzących od osób trzecich. Pod tym metalurgicznym stykiem, w połączeniu z odpowiednią grubością powłoki konforemnej lub zlokalizowanym niedopełnieniem, tworzy się mechanizm obronny, który równoważy sztywność i elastyczność,-w którym struktura zewnętrzna łagodzi naprężenia, a mikrostruktura wewnętrzna pochłania energię-, całkowicie eliminując w ten sposób możliwość kruchego pęknięcia.
Przezwyciężenie problemu kruchego pękania połączeń lutowniczych w warunkach wysokich-wibracji wymaga kompleksowego podejścia technicznego, począwszy od precyzyjnego-dostrojenia mikrostrukturalnego składu metalurgicznego po optymalizację makroskopowych parametrów procesu.
Szybkie fakty na temat NeoDen
- Założona w 2010 roku, zatrudniająca 200+ pracowników i 27,000+ mkw. fabryka niezależnych praw majątkowych, aby zapewnić standardowe zarządzanie i osiągnąć jak największe efekty ekonomiczne, a także oszczędność kosztów.
- Posiadał własne centrum obróbcze, wykwalifikowanego montera, testera i inżynierów kontroli jakości, aby zapewnić silne możliwości w zakresie produkcji, jakości i dostawy maszyn NeoDen.
- 40+ globalnych partnerów w Azji, Europie, Ameryce, Oceanii i Afryce, aby skutecznie obsługiwać użytkowników 10000+ na całym świecie, zapewniając lepszą i szybszą obsługę lokalną oraz szybką reakcję.
- 3 różne zespoły badawczo-rozwojowe składające się z 25+ profesjonalnych inżynierów badawczo-rozwojowych, aby zapewnić lepszy i bardziej zaawansowany rozwój oraz nowe innowacje.
- Wykwalifikowani i profesjonalni inżynierowie wsparcia i serwisu w języku angielskim, aby zapewnić szybką reakcję w ciągu 8 godzin, rozwiązanie zapewnia w ciągu 24 godzin.
- Wyjątkowy wśród wszystkich chińskich producentów, którzy zarejestrowali i zatwierdzili CE przez TUV NORD.
- NeoDen zapewnia-dożywotnią pomoc techniczną i serwis dla wszystkich maszyn NeoDen, a ponadto regularne aktualizacje oprogramowania w oparciu o doświadczenia z użytkowania i rzeczywiste, codzienne prośby użytkowników końcowych.