Uvod
Ekstremni scenariji uporabe, kot so novi energetski pretvorniki za vozila,-vgrajeni polnilniki (OBC) in fotovoltaični pretvorniki za shranjevanje energije, dvigajo zanesljivost proizvodnje PCBA do novih fizičnih meja. Pri delovanju pri visoki moči spojna temperatura teh izdelkov pogosto dlje časa ostane znotraj visokega-temperaturnega območja od 125 do 150 stopinj. Pod kombiniranimi učinki neprekinjenih toplotnih in mehanskih obremenitev so spajkalne zlitine brez svinca podvržene počasni in trajni plastični deformaciji, imenovani "lezenje". Ko se lezenje nabere do določene mere, povzroči nastanek mikroskopskih razpok v spajkalnih spojih, kar na koncu povzroči odpoved zaradi utrujenosti. Analiza mehanizma lezenja spajkalnih zlitin in izvajanje natančnih procesnih posegov med proizvodnjo PCBA sta temeljnega pomena za zagotavljanje dolgoročnega-zanesljivega delovanja nove energetske elektronike.
Mehanizem lezenja spajke: zdrs meje zrn v kovinah pod visoko-temperaturno obremenitvijo
-Spajkalne zlitine brez svinca (kot je pogosto uporabljena SAC305, zlitina kositra-srebra-bakra, ki vsebuje 3,0 % srebra in 0,5 % bakra) imajo tališče približno 217 stopinj. V skladu z načeli mehanike materialov, ko delovna temperatura kovine preseže 50 % njenega absolutnega tališča (merjeno v Kelvinih), se učinek lezenja znatno aktivira. Pri 125 stopinjah (približno 398 K) homologna temperatura spajke SAC305 doseže 0,81, kar daleč presega prag lezenja 0,5. To pomeni, da bodo tudi pod zelo nizkimi napetostmi-, kot je strižna napetost, ki jo povzročajo neusklajeni koeficienti toplotnega raztezanja (CTE) med tiskanim vezjem in čipom-kositrna matrična kovinska zrna znotraj spajkalnega spoja počasna medsebojna zdrsa in atomska difuzija vzdolž meja zrn. Dolgotrajna uporaba pri visoki{18}}temperaturi vodi do grobljenja zrn znotraj spajkalnih spojev, z mikroskopskimi prazninami, ki se kopičijo na mejah zrn in se razvijejo v makroskopske razpoke. To je temeljni tehnični vzrok slabega električnega kontakta ali občasno odprtih tokokrogov v novih energetskih sklopih PCBA.
Modifikacija zlitin z dopiranjem elementov v sledovih: izboljšanje učinka zapenjanja meje zrn
Ker se tradicionalne spajke brez svinca težko upirajo poškodbam zaradi lezenja pod dolgotrajnimi visokimi temperaturami, je uporaba novih zlitin z vrhunsko odpornostjo proti lezenju osrednja strategija za reševanje tega izziva v trenutni proizvodnji PCBA. Proizvodnja osnovnih plošč za nove energetske aplikacije postopoma vključuje visoko{2}}zanesljive spajke, dopirane z elementi v sledovih (kot so bizmut (Bi), antimon (Sb), nikelj (Ni) in kobalt (Co)), pri čemer so zlitine Innolot tipičen primer. Z vključitvijo teh elementov v sledovih v matriko kositra se znotraj kovine oblikuje fina in enakomerno porazdeljena disperzijska faza druge-faze. Ko pride do lezenja na spajkalnih spojih, ti trdi delci delujejo kot "učinek zapenjanja" na mejah zrn, kar učinkovito zavira zdrs kovinskih zrn in gibanje mikro-dislokacij. Eksperimentalni podatki kažejo, da sta pri preskusih termičnega staranja pri 150 stopinjah natezna trdnost in življenjska doba lezenja pri visoki-temperaturi zlitin Innolot več kot dvakrat večji od standarda SAC305, kar zagotavlja robustno mikrostrukturno pregrado za glavne plošče novih energetskih pretvornikov.
Reflow spajkanjeNadzor hitrosti hlajenja: Optimizacija začetne velikosti zrn
Poleg same sestave spajke termodinamični nadzor med postopkom izdelave PCBA neposredno določa sposobnost začetne mikrostrukture, da se upre lezenju. Hitrost hlajenja pri spajkanju z reflowom je ključni kontrolni parameter. Tehniki morajo strogo nadzorovati hitrost hlajenja med fazo hlajenja med 3,5 stopinj in 5,5 stopinj na sekundo. Hitro ohlajanje prisili staljeno kovino, da se hitro strdi, kar povzroči fino, gosto in enakomerno porazdeljeno evtektično mikrostrukturo, ki zavira tvorbo grobih monokristalov. Ker imajo fino{6}}mikrostrukture več meja zrn, zagotavljajo boljšo mehansko trdnost pri sobni temperaturi; poleg tega v zgodnjih fazah visoko{7}}temperaturnega lezenja gosta mikrostruktura upočasni nukleacijo in širjenje praznin. Če je hitrost ohlajanja prepočasna (npr. pod 2,0 stopinje na sekundo), se bodo grobe spojine, podobne igličastim Ag₃Sn-, obarjale znotraj spajkalnih spojev. Med kasnejšim dolgotrajnim-delovanjem pri visokih-temperaturah so območja, ki obdajajo te grobe delce, zelo nagnjena k temu, da postanejo točke koncentracije napetosti, in bodo prva povzročila razpoke zaradi lezenja.
Utrjevanje pod polnilom: zunanji prenos napetosti in disperzija
S prestrukturiranjem zunanje porazdelitve napetosti v spajkanem območju je mogoče učinkovito zmanjšati obremenitev lezenja, ki jo nosi spajkalna zlitina, in podaljšati celotno življenjsko dobo PCBA. Za visoko{1}}temperaturne in velike-zapakirane naprave, ki prenašajo visoke tokove na novih matičnih ploščah energetskih vozil (kot so moduli IGBT in veliki-BGA-ji), proizvajalci običajno vključijo postopek premajhnega polnjenja poreflowpečicaspajkanje. Z uporabo visoko-natančnih dozirnih strojev se pod čip vbrizga epoksidna smola z visokim-modulom in nizkim-CTE. S kapilarnim delovanjem zapolni vrzeli med komponento in tiskanim vezjem ter se termično strdi. Strjena plast smole tesno veže čip na ploščo in tvori togo integrirano enoto. Ko zvišanje temperature povzroči neusklajenost CTE, večino strižne napetosti absorbira in razprši zunanja matrica smole, kar drastično zmanjša fizično obremenitev, ki se uporablja za spoje spajkalne paste. To odloži začetek faze termičnega lezenja za spajkalno zlitino na strukturni ravni.
Premagovanje izzivov zaradi lezenja, povezanih s spajkalnimi zlitinami, zahteva celovit, več{0}}dimenzionalni pristop, ki vključuje metalurško izbiro, nadzor temperature peči in strukturno ojačitev.
Hitra dejstva o NeoDen
- Ustanovljeno leta 2010, 200 + zaposlenih, 27000+ kvadratnih metrov. tovarna.
- Izdelki NeoDen: naprave PnP različnih serij, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven IN serija, kot tudi celotna linija SMT vključuje vso potrebno opremo SMT.
- Uspešnih 10000+ strank po vsem svetu.
- 40+ Globalni zastopniki v Aziji, Evropi, Ameriki, Oceaniji in Afriki.
- Center za raziskave in razvoj: 3 oddelki za raziskave in razvoj s 25+ poklicnimi inženirji za raziskave in razvoj.
- Uvrščen na seznam CE in prejel 70+ patentov.
- 30+ inženirji za nadzor kakovosti in tehnično podporo, 15+ višji mednarodni prodajalci, za pravočasen odziv strank v 8 urah in zagotavljanje profesionalnih rešitev v 24 urah.