Uvod
Ekstremni scenariji primjene kao što su invertori za nova energetska vozila,-punjači na ploči (OBC) i fotonaponski pretvarači za pohranu energije potiskuju pouzdanost proizvodnje PCBA do novih fizičkih granica. Kada rade na velikoj snazi, temperatura spoja ovih proizvoda često ostaje unutar raspona visokih{2}}temperatura od 125 stepeni do 150 stepeni tokom dužeg perioda. Pod kombinovanim efektima kontinuiranih termičkih i mehaničkih naprezanja, legure za lem bez olova- podliježu sporoj i trajnoj plastičnoj deformaciji poznatoj kao "puzanje". Jednom kada se puzanje akumulira do određene mjere, uzrokuje stvaranje mikroskopskih pukotina u lemnim spojevima, što na kraju dovodi do kvara od zamora. Analiza mehanizma puzanja legura za lemljenje i implementacija preciznih procesnih intervencija tokom proizvodnje PCBA su fundamentalni za osiguranje dugoročno-pouzdanog rada nove energetske elektronike.
Mehanizam puzanja lemljenja: klizanje na granici zrna u metalima pod visokim-naprezanjem temperature
Legura{0}}bez olova (kao što je uobičajeno korišteni SAC305, legura kalaja-srebra-bakara koja sadrži 3,0% srebra i 0,5% bakra) imaju tačku topljenja od približno 217 stepeni. Prema principima mehanike materijala, kada radna temperatura metala pređe 50% njegove apsolutne tačke topljenja (mjereno u Kelvinima), efekat puzanja se značajno aktivira. Na 125 stepeni (približno 398 K), homologna temperatura SAC305 lema dostiže 0,81, što je daleko iznad praga puzanja od 0,5. To znači da će čak i pod vrlo malim naprezanjima-kao što je posmično naprezanje uzrokovano neusklađenim koeficijentima termičkog širenja (CTE) između PCB-a i čipa-zrna metala kalajne matrice unutar lemnog spoja proći sporo međusobno klizanje i atomsku difuziju duž granica zrna. Produženi rad na visokim{18}temperaturama dovodi do grubosti zrna unutar lemnih spojeva, pri čemu se mikroskopske šupljine nakupljaju na granicama zrna i razvijaju u makroskopske pukotine. Ovo je osnovni tehnički uzrok lošeg električnog kontakta ili povremenih otvorenih kola u novim energetskim PCBA sklopovima.
Modifikacija legure putem dopinga elemenata u tragovima: poboljšanje efekta pričvršćivanja granice zrna
Budući da se tradicionalni -lemovi bez olova bore da se odupru oštećenju od puzanja pod dugotrajnim visokim temperaturama, usvajanje novih materijala od legura sa superiornom otpornošću na puzanje je osnovna strategija za rješavanje ovog izazova u trenutnoj proizvodnji PCBA. Proizvodnja ploča za jezgro za nove energetske primjene postepeno uključuje lemove visoke{2}}pouzdanosti dopirane elementima u tragovima (kao što su bizmut (Bi), antimon (Sb), nikl (Ni) i kobalt (Co)), a tipični primjer su legure Innolota. Ugrađivanjem ovih elemenata u tragove u matricu kalaja, unutar metala se formira fina i ravnomjerno raspoređena disperziona faza druge{4}}faze. Kada dođe do puzanja na lemnim spojevima, ove tvrde čestice djeluju kao "efekat pričvršćivanja" na granicama zrna, efikasno inhibirajući klizanje metalnog zrna i kretanje mikro-dislokacija. Eksperimentalni podaci pokazuju da su u testovima termičkog starenja na 150 stepeni, vlačna čvrstoća i vek trajanja puzanja pri visokim{9} temperaturama Innolot legura više nego dvostruko veći od standardnog SAC305, pružajući robusnu mikrostrukturnu barijeru za matične ploče novih energetskih pretvarača.
Reflow lemljenjeKontrola brzine hlađenja: Optimizacija početne veličine zrna
Pored sastava samog lema, termodinamička kontrola tokom procesa proizvodnje PCBA direktno određuje sposobnost početne mikrostrukture da se odupre puzanju. Brzina hlađenja u procesu reflow lemljenja je ključni kontrolni parametar. Tehničari moraju strogo kontrolisati brzinu hlađenja tokom faze hlađenja između 3,5 stepeni i 5,5 stepeni u sekundi. Brzo hlađenje tjera rastopljeni metal da se brzo stvrdne, što rezultira finom, gustom i ravnomjerno raspoređenom eutektičkom mikrostrukturom koja potiskuje formiranje grubih monokristala. Budući da fino{6}}zrnate mikrostrukture imaju više granica zrna, one pružaju bolju mehaničku čvrstoću na sobnoj temperaturi; štaviše, tokom ranih faza puzanja visoke{7}}temperature, gusta mikrostruktura odlaže nukleaciju i širenje šupljina. Ako je brzina hlađenja suviše spora (npr. ispod 2,0 stepena u sekundi), gruba jedinjenja poput Ag₃Sn igli- će se istaložiti unutar lemnih spojeva. Tokom naknadnog-usluga na visokim temperaturama{15}, područja oko ovih grubih čestica su vrlo sklona da postanu tačke koncentracije napona i prva će izazvati puzanje.
Stvrdnjavanje podpuna: prijenos vanjskog naprezanja i disperzija
Restrukturiranjem distribucije vanjskog naprezanja u području lemljenja, moguće je efikasno smanjiti opterećenje puzanja koje nosi legura za lemljenje i produžiti ukupni vijek trajanja PCBA. Za visoko{1}}temperaturne, velike-upakovane uređaje koji prenose velike struje na matičnim pločama novih energetskih vozila (kao što su IGBT moduli i BGA velike-veličine), proizvođači obično uključuju proces nedovoljnog punjenja nakonreflowpećnicalemljenje. Koristeći visoko{1}}precizne mašine za doziranje, epoksidna smola visokog-modula, niskog-CTE-a se ubrizgava ispod čipa. Kroz kapilarno djelovanje, ispunjava praznine između komponente i PCB-a i podvrgava se termičkom očvršćavanju. Stvrdnuti sloj smole čvrsto vezuje čip za ploču, formirajući čvrstu, integrisanu jedinicu. Kada porast temperature uzrokuje CTE neusklađenost, veći dio smičnog naprezanja apsorbira i raspršuje vanjska smolna matrica, drastično smanjujući fizičko opterećenje primijenjeno na spojeve paste za lemljenje. Ovo odlaže početak faze termičkog puzanja za leguru za lemljenje na strukturnom nivou.
Prevazilaženje izazova puzanja povezanih sa legurama za lemljenje zahtijeva sveobuhvatan, više{0}}dimenzionalni pristup koji obuhvata metalurški odabir, kontrolu temperature peći i strukturno ojačanje.
Kratke činjenice o NeoDenu
- Osnovana 2010, 200 + zaposlenih, 27000+ m2. fabrika.
- NeoDen proizvodi: PnP mašine različitih serija, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow pećnica IN serija, kao i kompletna SMT linija uključuje svu neophodnu SMT opremu.
- Uspješni klijenti 10000+ širom svijeta.
- 40+ Globalni agenti pokriveni u Aziji, Evropi, Americi, Okeaniji i Africi.
- Centar za istraživanje i razvoj: 3 odjela za istraživanje i razvoj sa 25+ profesionalnim R&D inženjerima.
- Naveden sa CE i dobio 70+ patenata.
- 30+ inženjeri za kontrolu kvaliteta i tehničku podršku, 15+ senior međunarodna prodaja, za pravovremeni odgovor kupaca u roku od 8 sati i pružanje profesionalnih rješenja u roku od 24 sata.