Introduksjon
Ekstreme applikasjonsscenarier, for eksempel nye energiomformere til kjøretøy,-bordladere (OBC) og vekselrettere for fotovoltaisk energi, presser påliteligheten til PCBA-produksjon til nye fysiske grenser. Ved drift med høy effekt forblir overgangstemperaturen til disse produktene ofte innenfor det høye-temperaturområdet på 125 grader til 150 grader i lengre perioder. Under de kombinerte effektene av kontinuerlige termiske og mekaniske påkjenninger gjennomgår bly-loddelegeringer en langsom og permanent plastisk deformasjon kjent som "kryp". Når kryp samler seg til en viss grad, forårsaker det mikroskopiske sprekker i loddeforbindelsene, noe som til slutt fører til tretthetssvikt. Å analysere krypemekanismen til loddelegeringer og implementere presise prosessintervensjoner under produksjon av PCBA er grunnleggende for å sikre langsiktig- pålitelig drift av ny energielektronikk.
Mekanisme for loddekryping: korngrenseglidning i metaller under høy-temperaturbelastning
Bly-frie loddelegeringer (som den ofte brukte SAC305, en tinn-sølv-kobberlegering som inneholder 3,0 % sølv og 0,5 % kobber) har et smeltepunkt på omtrent 217 grader. I henhold til prinsippene for materialmekanikk, når et metalls driftstemperatur overstiger 50 % av dets absolutte smeltepunkt (målt i Kelvin), aktiveres krypeeffekten betydelig. Ved 125 grader (omtrent 398 K) når den homologe temperaturen til SAC305 loddetinn 0,81, langt over krypterskelen på 0,5. Dette betyr at selv under svært lave spenninger-som skjærspenningen forårsaket av feiltilpassede termiske ekspansjonskoeffisienter (CTE) mellom PCB og brikken-vil tinnmatrisemetallkornene i loddeforbindelsen gjennomgå langsom gjensidig glidning og atomdiffusjon langs korngrensene. Langvarig bruk av høye-temperaturer fører til at korn blir grovere i loddeforbindelsene, med mikroskopiske hulrom som samler seg ved korngrensene og utvikler seg til makroskopiske sprekker. Dette er den grunnleggende tekniske årsaken til dårlig elektrisk kontakt eller intermitterende åpne kretsløp i nye energi-PCBA-enheter.
Legeringsmodifisering via sporelementdoping: Forbedrer korngrense-pinningseffekten
Siden tradisjonelle blyfrie-loddemetaller sliter med å motstå krypskader under langvarige høye temperaturer, er det å ta i bruk nye legeringsmaterialer med overlegen krypemotstand kjernestrategien for å takle denne utfordringen i dagens PCBA-produksjon. Produksjonen av kjerneplater for nye energiapplikasjoner inkluderer gradvis høy-pålitelig loddemetall dopet med sporelementer (som vismut (Bi), antimon (Sb), nikkel (Ni) og kobolt (Co)), med Innolot-legeringer som et typisk eksempel. Ved å inkorporere disse sporelementene i tinnmatrisen, dannes en fin og jevnt fordelt andre-fasedispersjonsfase inne i metallet. Når kryp oppstår ved loddeforbindelser, fungerer disse harde partiklene som "stifteffekt" ved korngrensene, og hemmer effektivt metallkornglidning og mikro-dislokasjonsbevegelse. Eksperimentelle data viser at i termiske aldringstester ved 150 grader, er strekkstyrken og høy-krypelevetiden til Innolot-legeringer mer enn det dobbelte av standard SAC305, og gir en robust mikrostrukturell barriere for hovedkortene til nye energiomformere.
Reflow LoddingKontroll av kjølehastighet: Optimalisering av opprinnelig kornstørrelse
I tillegg til sammensetningen av selve loddetinn, bestemmer termodynamisk kontroll under PCBA-produksjonsprosessen direkte den opprinnelige mikrostrukturens evne til å motstå krypning. Avkjølingshastigheten i reflow-loddeprosessen er en sentral kontrollparameter. Teknikere må strengt kontrollere kjølehastigheten under kjølefasen mellom 3,5 grader og 5,5 grader per sekund. Rask avkjøling tvinger det smeltede metallet til å stivne raskt, noe som resulterer i en fin, tett og jevnt fordelt eutektisk mikrostruktur som undertrykker dannelsen av grove enkeltkrystaller. Fordi fin-mikrostrukturer har flere korngrenser, gir de bedre mekanisk styrke ved romtemperatur; videre, i de tidlige stadiene av høy-temperaturkryping, forsinker den tette mikrostrukturen kjernedannelse og utvidelse av hulrom. Hvis kjølehastigheten er for langsom (f.eks. under 2,0 grader per sekund), vil grove Ag₃Sn-nåle-lignende forbindelser utfelles i loddeforbindelsene. Under påfølgende langvarige-høye-temperaturer er områdene rundt disse grove partiklene svært utsatt for å bli spenningskonsentrasjonspunkter og vil være de første til å indusere krypsprekker.
Herding av underfylling: ekstern spenningsoverføring og dispersjon
Ved å restrukturere den ytre spenningsfordelingen i det loddede området, er det mulig å effektivt redusere krypbelastningen som bæres av loddelegeringen og forlenge PCBAens totale levetid. For enheter med høy-temperatur og stor-størrelse som fører høye strømmer på hovedkort for nye energikjøretøyer (som IGBT-moduler og BGA-er i stor-størrelse), inkorporerer produsenter vanligvis en underfyllingsprosess etterreflowstekeovnlodding. Ved å bruke maskiner med høy-presisjon, høy-modul, lav-CTE-epoksyharpiks injiseres under brikken. Gjennom kapillærvirkning fyller den hullene mellom komponenten og PCB og gjennomgår termisk herding. Det herdede harpikslaget binder brikken tett til brettet, og danner en stiv, integrert enhet. Når en temperaturøkning forårsaker CTE-mismatch, absorberes og spres mesteparten av skjærspenningen av den ytre harpiksmatrisen, noe som drastisk reduserer den fysiske belastningen som påføres loddepastaskjøtene. Dette forsinker begynnelsen av den termiske krypfasen for loddelegeringen på strukturnivå.
Å overvinne krypeutfordringene knyttet til loddelegeringer krever en omfattende, fler-tilnærming som omfatter metallurgisk valg, ovnstemperaturkontroll og strukturell forsterkning.
Raske fakta om NeoDen
- Etablert i 2010, 200 + ansatte, 27000+ kvm. fabrikk.
- NeoDen-produkter: PnP-maskiner i forskjellige serier, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven IN-serien, samt komplett SMT-linje inkluderer alt nødvendig SMT-utstyr.
- Vellykkede 10000+ kunder over hele verden.
- 40+ Globale agenter dekket i Asia, Europa, Amerika, Oseania og Afrika.
- FoU-senter: 3 FoU-avdelinger med 25+ profesjonelle FoU-ingeniører.
- Oppført med CE og fikk 70+ patenter.
- 30+ ingeniører for kvalitetskontroll og teknisk støtte, 15+ senior internasjonalt salg, for rettidig kundesvar innen 8 timer, og profesjonelle løsninger innen 24 timer.