Introducere
Scenariile de aplicații extreme, cum ar fi invertoarele pentru vehicule cu energie noi, încărcătoarele de bord (OBC) și invertoarele de stocare a energiei fotovoltaice împing fiabilitatea fabricării PCBA la noi limite fizice. Când funcționează la putere mare, temperatura de joncțiune a acestor produse rămâne adesea în intervalul-înalt de temperatură de la 125 la 150 de grade pentru perioade lungi. Sub efectele combinate ale tensiunilor termice și mecanice continue, aliajele de lipit-fără plumb suferă o deformare plastică lentă și permanentă cunoscută sub numele de „fluaj”. Odată ce fluajul se acumulează într-o anumită măsură, determină formarea de fisuri microscopice în îmbinările de lipit, ducând în cele din urmă la defecțiunea prin oboseală. Analizarea mecanismului de fluaj al aliajelor de lipit și implementarea unor intervenții precise de proces în timpul producției PCBA sunt fundamentale pentru asigurarea funcționării fiabile pe termen lung-a electronicelor noi de energie.
Mecanismul de curgere a lipirii: alunecarea limitei granulelor în metale sub presiune ridicată-de temperatură
Aliajele de lipit-fără plumb (cum ar fi SAC305 utilizat în mod obișnuit, un aliaj de staniu-argint-cupru care conține 3,0% argint și 0,5% cupru) au un punct de topire de aproximativ 217 grade . Conform principiilor mecanicii materialelor, atunci când temperatura de funcționare a unui metal depășește 50% din punctul său de topire absolut (măsurat în Kelvin), efectul de fluaj este activat semnificativ. La 125 de grade (aproximativ 398 K), temperatura omoloagă a lipitului SAC305 atinge 0,81, depășind cu mult pragul de fluaj de 0,5. Aceasta înseamnă că, chiar și sub solicitări foarte scăzute-cum ar fi efortul de forfecare cauzat de coeficienții de dilatare termică (CTE) nepotriviți dintre PCB și cip-granulele metalice ale matricei de staniu din îmbinarea de lipit vor suferi o alunecare reciprocă lentă și difuzie atomică de-a lungul limitelor granulelor. Serviciul prelungit la temperatură înaltă- duce la îngroșarea granulelor în îmbinările de lipit, cu goluri microscopice care se acumulează la limitele granulelor și evoluează în fisuri macroscopice. Aceasta este cauza tehnică fundamentală a contactului electric slab sau a circuitelor deschise intermitente în ansamblurile PCBA de energie nouă.
Modificarea aliajului prin dopajul cu oligoelemente: îmbunătățirea efectului de fixare a granițelor
Întrucât lipiturile tradiționale-fără plumb se luptă să reziste deteriorării prin fluaj la temperaturi ridicate prelungite, adoptarea de noi materiale aliaje cu rezistență superioară la fluaj este strategia de bază pentru abordarea acestei provocări în producția actuală de PCBA. Producția de plăci de bază pentru noi aplicații energetice încorporează treptat lipituri de înaltă-fiabilitate dopate cu oligoelemente (cum ar fi bismut (Bi), antimoniu (Sb), nichel (Ni) și cobalt (Co)), cu aliajele Innolot servind ca exemplu tipic. Prin încorporarea acestor oligoelemente în matricea de staniu, în metal se formează o fază de dispersie a doua-fină și uniform distribuită. Când apare fluaj la îmbinările de lipit, aceste particule dure acţionează ca „efect de fixare” la graniţele granulelor, inhibând efectiv alunecarea cerealelor metalice şi mişcarea de micro-dislocare. Datele experimentale arată că, în testele de îmbătrânire termică la 150 de grade, rezistența la tracțiune și durata de viață la fluaj-la temperatură înaltă a aliajelor Innolot sunt de peste două ori față de SAC305 standard, oferind o barieră microstructurală robustă pentru plăcile de bază ale noilor invertoare de energie.
Lipirea prin reflowControlul ratei de răcire: optimizarea mărimii inițiale a granulelor
Pe lângă compoziția lipiturii în sine, controlul termodinamic în timpul procesului de fabricație PCBA determină în mod direct capacitatea microstructurii inițiale de a rezista la fluaj. Viteza de răcire în procesul de lipire prin reflow este un parametru cheie de control. Tehnicienii trebuie să controleze cu strictețe viteza de răcire în timpul fazei de răcire între 3,5 grade și 5,5 grade pe secundă. Răcirea rapidă forțează metalul topit să se solidifice rapid, rezultând o microstructură eutectică fină, densă și uniform distribuită, care suprimă formarea de monocristale grosiere. Deoarece microstructurile cu granulație-fină au mai multe limite de granulație, acestea oferă o rezistență mecanică mai bună la temperatura camerei; în plus, în primele etape ale fluajului la temperatură înaltă, microstructura densă întârzie nuclearea și expansiunea golurilor. Dacă viteza de răcire este prea lentă (de exemplu, sub 2,0 grade pe secundă), compușii grosier de tip ac Ag₃Sn vor precipita în rosturile de lipit. În timpul ulterioare-termen lung, la temperatură ridicată-zonele din jurul acestor particule grosiere sunt foarte predispuse să devină puncte de concentrare a tensiunii și vor fi primele care vor induce fisurarea prin fluaj.
Întărire sub umplere: transfer și dispersie de stres extern
Prin restructurarea distribuției tensiunii externe în zona lipită, este posibil să se reducă efectiv sarcina de fluaj suportată de aliajul de lipit și să se prelungească durata de viață generală a PCBA. Pentru dispozitivele ambalate de-temperatură înaltă, de-dimensiuni mari, care transportă curenți mari pe plăcile de bază ale vehiculelor cu energie nouă (cum ar fi modulele IGBT și BGA-urile-de dimensiuni mari), producătorii încorporează de obicei un proces de umplere insuficientă dupărefluxcuptorlipirea. Folosind mașini de dozare de-înaltă precizie, sub cip este injectată rășină epoxidică cu-modul înalt,-CTE scăzut. Prin acțiune capilară, umple golurile dintre componentă și PCB și suferă întărire termică. Stratul de rășină întărită leagă strâns cipul de placă, formând o unitate rigidă, integrată. Când o creștere a temperaturii cauzează nepotrivirea CTE, cea mai mare parte a tensiunii de forfecare este absorbită și dispersată de matricea exterioară de rășină, reducând drastic sarcina fizică aplicată îmbinărilor pastei de lipit. Acest lucru întârzie debutul fazei de fluaj termic pentru aliajul de lipit la nivel structural.
Depășirea provocărilor de fluaj asociate aliajelor de lipit necesită o abordare cuprinzătoare, multi-dimensională, care să includă selecția metalurgică, controlul temperaturii cuptorului și armarea structurală.
Informații rapide despre NeoDen
- Înființată în 2010, 200 + angajați, 27000+ mp. fabrică.
- Produse NeoDen:Mașini PnP din serii diferite, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Seria IN Oven Reflow, precum și linia SMT completă includ toate echipamentele SMT necesare.
- 10000+ clienți de succes din întreaga lume.
- 40+ Agenți globali acoperiți în Asia, Europa, America, Oceania și Africa.
- Centrul de cercetare și dezvoltare: 3 departamente de cercetare și dezvoltare cu 25+ ingineri profesioniști de cercetare și dezvoltare.
- Listat cu CE și a primit 70+ brevete.
- 30+ ingineri de control al calității și asistență tehnică, 15+ vânzări internaționale senior, pentru răspunsul prompt al clienților în 8 ore și soluții profesionale care oferă în 24 de ore.