مقدمه
سناریوهای کاربردی شدید مانند اینورترهای وسایل نقلیه با انرژی جدید،-شارژرهای برد (OBC) و اینورترهای ذخیره انرژی فتوولتائیک، قابلیت اطمینان تولید PCBA را به محدودیتهای فیزیکی جدیدی میرسانند. هنگام کار با توان بالا، دمای محل اتصال این محصولات اغلب در محدوده دمایی بالا از 125 درجه تا 150 درجه برای دوره های طولانی باقی می ماند. تحت تأثیر ترکیبی تنشهای حرارتی و مکانیکی پیوسته، آلیاژهای لحیم بدون سرب دچار تغییر شکل پلاستیکی آهسته و دائمی میشوند که به «خزش» معروف است. هنگامی که خزش تا حد معینی جمع می شود، باعث ایجاد ترک های میکروسکوپی در اتصالات لحیم می شود که در نهایت منجر به شکست خستگی می شود. تجزیه و تحلیل مکانیسم خزش آلیاژهای لحیم کاری و اجرای مداخلات فرآیندی دقیق در طول تولید PCBA برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد بلند مدت الکترونیک انرژی جدید اساسی است.
مکانیسم خزش لحیم کاری: لغزش مرز دانه در فلزات تحت تنش دمایی بالا-
آلیاژهای لحیم بدون سرب (مانند SAC305 که معمولاً مورد استفاده قرار میگیرد، یک آلیاژ مس قلع-نقره- حاوی 3.0٪ نقره و 0.5٪ مس) دارای نقطه ذوب تقریباً 217 درجه هستند. بر اساس اصول مکانیک مواد، زمانی که دمای کاری یک فلز از 50 درصد نقطه ذوب مطلق آن (برحسب کلوین اندازه گیری شده) بیشتر شود، اثر خزش به طور قابل توجهی فعال می شود. در 125 درجه (تقریباً 398 کلوین)، دمای همولوگ لحیم کاری SAC305 به 0.81 می رسد، که بسیار بیشتر از آستانه خزش 0.5 است. این بدان معناست که حتی تحت تنشهای بسیار کم{15}}مانند تنش برشی ناشی از ضرایب انبساط حرارتی (CTE) نامتناسب بین PCB و تراشه{16}}دانههای فلزی زمینه قلع در محل اتصال لحیم کاری متحمل لغزش متقابل آهسته و انتشار اتمی در امتداد مرزهای دانه میشوند. سرویسدهی طولانیمدت در دمای{18} منجر به درشت شدن دانهها در اتصالات لحیم میشود، با حفرههای میکروسکوپی که در مرزهای دانهها جمع میشوند و به ترکهای ماکروسکوپی تبدیل میشوند. این دلیل فنی اساسی تماس الکتریکی ضعیف یا مدارهای باز متناوب در مجموعههای PCBA انرژی جدید است.
اصلاح آلیاژ از طریق دوپینگ عنصر ردیابی: افزایش اثر سنجاق مرز دانه
از آنجایی که لحیمهای بدون سرب سنتی برای مقاومت در برابر آسیب خزش تحت دماهای بالا طولانیمدت تلاش میکنند، اتخاذ مواد آلیاژی جدید با مقاومت در برابر خزش برتر، استراتژی اصلی برای رسیدگی به این چالش در تولید PCBA فعلی است. تولید تختههای هسته برای کاربردهای انرژی جدید به تدریج دارای لحیمهای{2}}با قابلیت اطمینان بالا است که با عناصر کمیاب (مانند بیسموت (Bi)، آنتیموان (Sb)، نیکل (Ni) و کبالت (Co) دوپ شدهاند، و آلیاژهای Innolot به عنوان نمونهای معمولی هستند. با ترکیب این عناصر کمیاب در ماتریس قلع، فاز پراکندگی فاز دوم- ریز و یکنواخت در داخل فلز تشکیل میشود. هنگامی که خزش در اتصالات لحیم کاری رخ می دهد، این ذرات سخت به عنوان "اثر سنجاقی" در مرزهای دانه عمل می کنند و به طور موثری از لغزش دانه های فلزی و حرکت میکرو{6}}دررفتگی جلوگیری می کنند. دادههای تجربی نشان میدهند که در آزمایشهای پیری حرارتی در 150 درجه، استحکام کششی و طول عمر خزشی آلیاژهای Innolot بیش از دو برابر استاندارد SAC305 است که یک مانع ریزساختاری قوی برای بردهای اصلی اینورترهای انرژی جدید ایجاد میکند.
لحیم کاری مجددکنترل سرعت خنک کننده: بهینه سازی اندازه دانه اولیه
علاوه بر ترکیب خود لحیم، کنترل ترمودینامیکی در طول فرآیند تولید PCBA به طور مستقیم توانایی ریزساختار اولیه برای مقاومت در برابر خزش را تعیین می کند. نرخ خنک کننده در فرآیند لحیم کاری مجدد یک پارامتر کنترل کلیدی است. تکنسین ها باید سرعت خنک کننده را در مرحله خنک سازی بین 3.5 تا 5.5 درجه در ثانیه به شدت کنترل کنند. سرد شدن سریع فلز مذاب را مجبور می کند تا به سرعت جامد شود و در نتیجه یک ریزساختار یوتکتیک ظریف، متراکم و یکنواخت توزیع شده است که تشکیل تک بلورهای درشت را سرکوب می کند. از آنجایی که ریزساختارهای ریز{6}}دانههای ریز دارای مرز دانههای بیشتری هستند، استحکام مکانیکی بهتری در دمای اتاق ارائه میکنند. علاوه بر این، در مراحل اولیه خزش در دمای-بالا، ریزساختار متراکم، هستهزایی و گسترش حفرهها را به تأخیر میاندازد. اگر سرعت خنکسازی خیلی آهسته باشد (مثلاً زیر 2.0 درجه در ثانیه)، ترکیبات درشتی مانند سوزن Ag3Sn در محل اتصالات لحیمکاری رسوب میکنند. در طول خدمات طولانیمدت-در دمای بالا-، نواحی اطراف این ذرات درشت به شدت مستعد تبدیل شدن به نقاط تمرکز تنش هستند و اولین مناطقی خواهند بود که ترکخوردگی خزشی را ایجاد میکنند.
درمان زیر پر: انتقال و پراکندگی استرس خارجی
با تغییر ساختار توزیع تنش خارجی در ناحیه لحیم کاری شده، می توان به طور موثر بار خزشی که توسط آلیاژ لحیم کاری تحمل می شود کاهش داد و طول عمر کلی PCBA را افزایش داد. برای دستگاههای بستهبندی شده-در دمای بالا،-که جریانهای بالایی را روی مادربردهای خودروهای انرژی جدید حمل میکنند (مانند ماژولهای IGBT و-BGAهای بزرگ)، معمولاً سازندهها فرآیند کمپر کردن را بعد ازجریان مجددفرلحیم کاری. با استفاده از-ماشینهای توزیع با دقت بالا، رزین اپوکسی با مدول بالا-، کم-CTE زیر تراشه تزریق میشود. از طریق عمل مویرگی، شکاف بین قطعه و PCB را پر می کند و تحت عمل حرارتی قرار می گیرد. لایه رزین پخته شده، تراشه را محکم به تخته میچسبد و یک واحد یکپارچه و سفت را تشکیل میدهد. هنگامی که افزایش دما باعث عدم تطابق CTE می شود، بیشتر تنش برشی توسط ماتریس رزین بیرونی جذب و پراکنده می شود و بار فیزیکی وارد شده به اتصالات خمیر لحیم کاری را به شدت کاهش می دهد. این شروع فاز خزش حرارتی را برای آلیاژ لحیم کاری در سطح ساختاری به تاخیر می اندازد.
غلبه بر چالشهای خزشی مرتبط با آلیاژهای لحیم کاری نیازمند یک رویکرد جامع و چند بعدی است که شامل انتخاب متالورژیکی، کنترل دمای کوره، و تقویت ساختاری میشود.
حقایق سریع در مورد NeoDen
- تاسیس در سال 2010، 200 + کارمند، 27000+ متر مربع. کارخانه
- محصولات NeoDen: سری های مختلف دستگاه های PnP، NeoDen YY1، NeoDen4، NeoDen5، NeoDen K1830، NeoDen9، NeoDen N10P. Reflow Oven Series IN و همچنین SMT Line کامل شامل تمام تجهیزات SMT لازم است.
- مشتریان موفق 10000+ در سراسر جهان.
- 40+ نمایندگان جهانی تحت پوشش در آسیا، اروپا، آمریکا، اقیانوسیه و آفریقا.
- مرکز تحقیق و توسعه: 3 بخش تحقیق و توسعه با 25+ مهندسان حرفه ای تحقیق و توسعه.
- با CE فهرست شده و دارای 70+ حق اختراع است.
- 30+ مهندسین کنترل کیفیت و پشتیبانی فنی، 15+ فروشندگان ارشد بین المللی، برای پاسخگویی به موقع مشتری در عرض 8 ساعت، و ارائه راه حل های حرفه ای در عرض 24 ساعت.