Въведение
Екстремни сценарии на приложение, като нови енергийни инвертори за превозни средства, -бордови зарядни устройства (OBC) и фотоволтаични инвертори за съхранение на енергия, издигат надеждността на производството на PCBA до нови физически граници. Когато работят с висока мощност, температурата на свързване на тези продукти често остава във високия-температурен диапазон от 125 градуса до 150 градуса за продължителни периоди. Под комбинираните ефекти на непрекъснати термични и механични напрежения, безоловните-спояващи сплави претърпяват бавна и постоянна пластична деформация, известна като „пълзене“. След като пълзенето се натрупа до известна степен, това причинява образуването на микроскопични пукнатини в спойките, което в крайна сметка води до повреда поради умора. Анализирането на механизма на пълзене на припойните сплави и прилагането на прецизни интервенции в процеса по време на производството на PCBA са фундаментални за осигуряване на дългосрочна-надеждна работа на нова енергийна електроника.
Механизъм на пълзене на спойката: приплъзване на границата на зърното в метали при високо-температурно напрежение
Безоловни{0}}припойни сплави (като често използвания SAC305, калай-сребърна-медна сплав, съдържаща 3,0% сребро и 0,5% мед) имат точка на топене приблизително 217 градуса. Според принципите на механиката на материалите, когато работната температура на метала надвиши 50% от неговата абсолютна точка на топене (измерена в Келвин), ефектът на пълзене се активира значително. При 125 градуса (приблизително 398 K), хомоложната температура на спойката SAC305 достига 0,81, което далеч надвишава прага на пълзене от 0,5. Това означава, че дори при много ниски напрежения-като напрежението на срязване, причинено от несъответстващи коефициенти на топлинно разширение (CTE) между PCB и чипа-металните зърна на калаената матрица в спойката ще претърпят бавно взаимно приплъзване и атомна дифузия по границите на зърната. Продължителната работа при високи -температури води до загрубяване на зърната в спойките, с микроскопични кухини, натрупващи се по границите на зърната и еволюиращи в макроскопични пукнатини. Това е основната техническа причина за лош електрически контакт или периодични отворени вериги в новите енергийни PCBA модули.
Модифициране на сплав чрез допиране на следи от елементи: Подобряване на ефекта на закрепване на границата на зърното
Тъй като традиционните-безоловни припои се борят да устоят на повреди от пълзене при продължителни високи температури, приемането на нови сплавни материали с превъзходна устойчивост на пълзене е основната стратегия за справяне с това предизвикателство в настоящото производство на PCBA. Производството на основни платки за нови енергийни приложения постепенно включва припои с висока -надеждност, легирани с микроелементи (като бисмут (Bi), антимон (Sb), никел (Ni) и кобалт (Co)), като сплавите Innolot служат като типичен пример. Чрез включването на тези микроелементи в калаената матрица, в метала се образува фина и равномерно разпределена дисперсионна фаза на втора-фаза. Когато възникне пълзене в спойките, тези твърди частици действат като "ефект на закрепване" на границите на зърната, като ефективно възпрепятстват приплъзването на металните зърна и движението на микро-дислокациите. Експерименталните данни показват, че при тестове за термично стареене при 150 градуса, якостта на опън и дълготрайността при пълзене при висока-температура на сплавите Innolot са повече от два пъти по-високи от стандартните SAC305, осигурявайки здрава микроструктурна бариера за дънните платки на новите енергийни инвертори.
Reflow запояванеКонтрол на скоростта на охлаждане: Оптимизиране на първоначалния размер на зърното
В допълнение към състава на самата спойка, термодинамичният контрол по време на производствения процес на PCBA директно определя способността на първоначалната микроструктура да устои на пълзене. Скоростта на охлаждане в процеса на повторно запояване е ключов контролен параметър. Техниците трябва стриктно да контролират скоростта на охлаждане по време на фазата на охлаждане между 3,5 градуса и 5,5 градуса в секунда. Бързото охлаждане принуждава разтопения метал да се втвърди бързо, което води до фина, плътна и равномерно разпределена евтектична микроструктура, която потиска образуването на груби единични кристали. Тъй като фино{6}}микроструктурите имат повече граници на зърната, те осигуряват по-добра механична якост при стайна температура; освен това, по време на ранните етапи на високо-температурно пълзене, плътната микроструктура забавя нуклеацията и разширяването на празнините. Ако скоростта на охлаждане е твърде бавна (напр. под 2,0 градуса в секунда), груби Ag₃Sn игли-съединения ще се утаят в спойките. По време на последваща дългосрочна-високо{15}}температурна експлоатация, областите около тези груби частици са силно склонни да се превърнат в точки на концентрация на напрежение и ще бъдат първите, които ще предизвикат напукване при пълзене.
Втвърдяване под запълване: Прехвърляне на външно напрежение и дисперсия
Чрез преструктуриране на външното разпределение на напрежението в зоната на запояване е възможно ефективно да се намали натоварването при пълзене, понесено от сплавта за запояване, и да се удължи общият експлоатационен живот на PCBA. За високо-температурни, големи-размерни опаковани устройства, пренасящи високи токове на нови енергийни дънни платки на превозни средства (като IGBT модули и големи-размерни BGA), производителите обикновено включват процес на недопълване следпреформатиранефурназапояване. Използвайки машини за дозиране с висока-прецизност, епоксидна смола с висок-модул и нисък-CTE се инжектира под чипа. Чрез капилярно действие той запълва празнините между компонента и печатната платка и се подлага на термично втвърдяване. Слоят от втвърдена смола плътно свързва чипа с платката, образувайки твърда интегрирана единица. Когато повишаването на температурата причини несъответствие на CTE, по-голямата част от напрежението на срязване се абсорбира и разпръсква от външната смолена матрица, намалявайки драстично физическото натоварване, приложено към съединенията на спояващата паста. Това забавя началото на фазата на термично пълзене за спояващата сплав на структурно ниво.
Преодоляването на предизвикателствата при пълзене, свързани със сплавите за спояване, изисква всеобхватен, много{0}}измерен подход, който включва металургичен подбор, контрол на температурата на пещта и структурно укрепване.
Кратки факти за NeoDen
- Създадена през 2010 г., 200 + служители, 27000+ кв.м. фабрика.
- Продукти на NeoDen: Различни серии PnP машини, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Серията Reflow Oven IN, както и пълната SMT линия включва цялото необходимо SMT оборудване.
- Успешни 10000+ клиенти по целия свят.
- 40+ Глобални агенти в Азия, Европа, Америка, Океания и Африка.
- Център за научноизследователска и развойна дейност: 3 отдела за научноизследователска и развойна дейност с 25+ професионални инженери за научноизследователска и развойна дейност.
- В списъка със CE и с 70+ патента.
- 30+ инженери за контрол на качеството и техническа поддръжка, 15+ старши международни продажби, за навременен отговор на клиента в рамките на 8 часа и предоставяне на професионални решения в рамките на 24 часа.