Zavedení
Extrémní aplikační scénáře, jako jsou nové měniče energetických vozidel, -palubní nabíječky (OBC) a fotovoltaické měniče pro ukládání energie posouvají spolehlivost výroby PCBA na nové fyzikální limity. Při provozu na vysoký výkon zůstává teplota spoje těchto produktů často v rozsahu vysokých-teplot od 125 stupňů do 150 stupňů po delší dobu. Při kombinovaném působení nepřetržitého tepelného a mechanického namáhání procházejí bezolovnaté pájecí slitiny pomalou a trvalou plastickou deformací známou jako „tečení“. Jakmile se tečení do určité míry nahromadí, způsobí vznik mikroskopických trhlin v pájených spojích, což nakonec vede k únavovému selhání. Analýza mechanismu tečení pájecích slitin a implementace přesných procesních zásahů během výroby PCBA jsou zásadní pro zajištění dlouhodobého- spolehlivého provozu nové energetické elektroniky.
Mechanismus tečení při pájení: Skluz na hranici zrn v kovech pod vysokým-teplotním stresem
Bezolovnaté -slitiny pájky (jako je běžně používaná SAC305, slitina cínu -stříbra{3}}mědi obsahující 3,0 % stříbra a 0,5 % mědi) mají bod tání přibližně 217 stupňů . Podle principů mechaniky materiálů, když provozní teplota kovu překročí 50 % jeho absolutního bodu tání (měřeno v Kelvinech), výrazně se aktivuje efekt tečení. Při 125 stupních (přibližně 398 K) dosahuje homologní teplota pájky SAC305 0,81, což daleko překračuje práh tečení 0,5. To znamená, že i při velmi nízkých napětích-, jako je smykové napětí způsobené nesprávnými koeficienty tepelné roztažnosti (CTE) mezi DPS a čipem,-kovová zrna cínové matrice v pájeném spoji podléhají pomalému vzájemnému prokluzu a atomové difúzi podél hranic zrn. Dlouhodobé působení vysokých{18}}teplot vede k hrubnutí zrn v pájených spojích, přičemž mikroskopické dutiny se hromadí na hranicích zrn a vyvíjejí se v makroskopické trhliny. Toto je základní technická příčina špatného elektrického kontaktu nebo přerušovaně otevřených obvodů v nových energetických sestavách PCBA.
Modifikace slitiny pomocí dopingu stopových prvků: Posílení efektu přichycení hranice zrna
Vzhledem k tomu, že tradiční bezolovnaté-páječky mají potíže s odolností proti poškození při tečení při déletrvajících vysokých teplotách, je přijetí nových slitinových materiálů s vynikající odolností vůči tečení základní strategií pro řešení tohoto problému v současné výrobě PCBA. Výroba základních desek pro nové energetické aplikace postupně zahrnuje vysoce-spolehlivé pájky dopované stopovými prvky (jako je vizmut (Bi), antimon (Sb), nikl (Ni) a kobalt (Co)), přičemž typickým příkladem jsou slitiny Innolot. Začleněním těchto stopových prvků do cínové matrice se v kovu vytvoří jemná a rovnoměrně distribuovaná druhá-fázové disperzní fáze. Dojde-li k tečení na pájených spojích, působí tyto tvrdé částice jako „efekt sevření“ na hranicích zrn a účinně inhibují skluz kovového zrna a mikro-dislokační pohyb. Experimentální údaje ukazují, že při zkouškách tepelného stárnutí při 150 stupních je pevnost v tahu a vysoká -životnost při tečení slitin Innolot více než dvojnásobná oproti standardnímu SAC305, což poskytuje robustní mikrostrukturální bariéru pro základní desky nových měničů energie.
Přetavovací pájeníŘízení rychlosti chlazení: Optimalizace počáteční velikosti zrna
Kromě složení samotné pájky termodynamická kontrola během výrobního procesu PCBA přímo určuje schopnost počáteční mikrostruktury odolávat tečení. Rychlost chlazení v procesu pájení přetavením je klíčovým regulačním parametrem. Technici musí přísně kontrolovat rychlost chlazení během fáze chlazení mezi 3,5 stupněm a 5,5 stupněm za sekundu. Rychlé ochlazení nutí roztavený kov rychle tuhnout, což má za následek jemnou, hustou a rovnoměrně rozloženou eutektickou mikrostrukturu, která potlačuje tvorbu hrubých monokrystalů. Protože jemnozrnné mikrostruktury mají více hranic zrn, poskytují lepší mechanickou pevnost při pokojové teplotě; navíc během raných fází vysokoteplotního tečení zpomaluje hustá mikrostruktura nukleaci a expanzi dutin. Pokud je rychlost ochlazování příliš pomalá (např. pod 2,0 stupně za sekundu), budou se v pájených spojích vysrážet hrubé jehličky Ag₃Sn{12}}. Během následných dlouhodobých-vysokoteplotních{15}}provozů jsou oblasti obklopující tyto hrubé částice vysoce náchylné k tomu, aby se staly body koncentrace napětí a jako první způsobí praskání při tečení.
Vytvrzování pod výplní: Přenos vnějšího napětí a rozptyl
Restrukturalizací rozložení vnějšího napětí v pájené oblasti je možné účinně snížit tečení přenášené pájecí slitinou a prodloužit celkovou životnost PCBA. U vysokoteplotních{1}}velkých-zabalených zařízení s vysokými proudy na základních deskách nových energetických vozidel (jako jsou moduly IGBT a velké-BGA) výrobci obvykle začleňují proces nedostatečného plnění popřetavittroubapájení. Pomocí vysoce-přesných dávkovacích strojů se pod čip vstřikuje epoxidová pryskyřice s vysokým-modulem a nízkým-CTE. Prostřednictvím kapilárního působení vyplňuje mezery mezi součástkou a DPS a prochází tepelným vytvrzením. Vytvrzená pryskyřičná vrstva pevně spojí čip s deskou a vytvoří pevnou integrovanou jednotku. Když zvýšení teploty způsobí nesoulad CTE, většina smykového napětí je absorbována a rozptýlena vnější pryskyřičnou matricí, což drasticky snižuje fyzické zatížení aplikované na spoje pájecí pasty. To zpožďuje nástup fáze tepelného tečení u pájecí slitiny na strukturální úrovni.
Překonání problémů spojených s tečením pájkových slitin vyžaduje komplexní, více{0}}dimenzionální přístup, který zahrnuje metalurgický výběr, řízení teploty pece a strukturální vyztužení.
Rychlá fakta o NeoDen
- Založena v roce 2010, 200 + zaměstnanců, 27000+ m2. továrna.
- Produkty NeoDen: Stroje PnP z různých řad, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven IN Series, stejně jako kompletní řada SMT zahrnuje veškeré potřebné SMT vybavení.
- Úspěšní zákazníci 10000+ po celém světě.
- 40+ Globální zástupci v Asii, Evropě, Americe, Oceánii a Africe.
- Centrum výzkumu a vývoje: 3 oddělení výzkumu a vývoje s 25+ profesionálními inženýry výzkumu a vývoje.
- Uvedeno v CE a má 70+ patentů.
- 30+ inženýři kontroly kvality a technické podpory, 15+ vedoucí mezinárodní prodej, za včasnou reakci zákazníků do 8 hodin a poskytování profesionálních řešení do 24 hodin.