Indledning
Ekstreme applikationsscenarier såsom nye energikøretøjsinvertere,-indbyggede opladere (OBC'er) og fotovoltaiske energilagringsinvertere skubber pålideligheden af PCBA-fremstilling til nye fysiske grænser. Ved drift ved høj effekt forbliver overgangstemperaturen for disse produkter ofte inden for det høje-temperaturområde på 125 grader til 150 grader i længere perioder. Under de kombinerede virkninger af kontinuerlige termiske og mekaniske spændinger gennemgår bly-loddelegeringer en langsom og permanent plastisk deformation kendt som "krybning". Når først kryb akkumuleres til en vis grad, forårsager det, at der dannes mikroskopiske revner i loddeforbindelserne, hvilket i sidste ende fører til træthedsfejl. Analyse af krybemekanismen for loddelegeringer og implementering af præcise procesinterventioner under PCBA-fremstilling er grundlæggende for at sikre den langsigtede pålidelige drift af ny energielektronik.
Mekanisme af loddekrybning: korngrænseglidning i metaller under høj-temperaturbelastning
Bly-fri loddelegeringer (såsom den almindeligt anvendte SAC305, en tin-sølv-kobberlegering indeholdende 3,0 % sølv og 0,5 % kobber) har et smeltepunkt på cirka 217 grader. Ifølge principperne for materialemekanik, når et metals driftstemperatur overstiger 50% af dets absolutte smeltepunkt (målt i Kelvin), aktiveres krybeeffekten betydeligt. Ved 125 grader (ca. 398 K) når den homologe temperatur for SAC305 loddemetal 0,81, hvilket langt overstiger krybetærsklen på 0,5. Dette betyder, at selv under meget lave spændinger-såsom forskydningsspændingen forårsaget af uoverensstemmende termisk udvidelseskoefficienter (CTE) mellem PCB'en og chippen-vil tinmatrixmetalkornene i loddeforbindelsen gennemgå langsom gensidig glidning og atomisk diffusion langs korngrænserne. Længerevarende høj-temperaturservice fører til, at korn bliver grovere i loddeforbindelserne, hvor mikroskopiske hulrum samler sig ved korngrænserne og udvikler sig til makroskopiske revner. Dette er den grundlæggende tekniske årsag til dårlig elektrisk kontakt eller intermitterende åbne kredsløb i nye energi-PCBA-samlinger.
Ændring af legering via sporstofdoping: Forstærker korngrænsen-pinningseffekten
Da traditionelle-blyfrie loddemidler kæmper for at modstå krybeskader under længerevarende høje temperaturer, er anvendelse af nye legeringsmaterialer med overlegen krybemodstand kernestrategien til at løse denne udfordring i den nuværende PCBA-fremstilling. Produktionen af kerneplader til nye energianvendelser inkorporerer gradvist høj-pålidelig loddemetal doteret med sporelementer (såsom bismuth (Bi), antimon (Sb), nikkel (Ni) og kobolt (Co)), med Innolot-legeringer som et typisk eksempel. Ved at inkorporere disse sporelementer i tinmatrixen dannes en fin og ensartet fordelt anden-fase-dispersionsfase i metallet. Når der forekommer krybning ved loddesamlinger, fungerer disse hårde partikler som en "pinningseffekt" ved korngrænserne, hvilket effektivt hæmmer metalkornslip og mikro-dislokationsbevægelse. Eksperimentelle data viser, at i termiske ældningstests ved 150 grader, er trækstyrken og høj-temperaturens krybelevetid for Innolot-legeringer mere end dobbelt så høj som standard SAC305, hvilket giver en robust mikrostrukturel barriere for bundkortene i nye energiinvertere.
Reflow LodningKølehastighedskontrol: Optimering af den oprindelige kornstørrelse
Ud over selve loddemets sammensætning bestemmer termodynamisk kontrol under PCBA-fremstillingsprocessen direkte den indledende mikrostrukturs evne til at modstå krybning. Afkølingshastigheden i reflow-loddeprocessen er en vigtig kontrolparameter. Teknikere skal nøje kontrollere afkølingshastigheden under afkølingsfasen mellem 3,5 grader og 5,5 grader i sekundet. Hurtig afkøling tvinger det smeltede metal til at størkne hurtigt, hvilket resulterer i en fin, tæt og ensartet fordelt eutektisk mikrostruktur, der undertrykker dannelsen af grove enkeltkrystaller. Fordi fine-mikrostrukturer har flere korngrænser, giver de bedre mekanisk styrke ved stuetemperatur; under de tidlige stadier af krybning ved høje-temperaturer forsinker den tætte mikrostruktur desuden kernedannelsen og udvidelsen af hulrum. Hvis afkølingshastigheden er for langsom (f.eks. under 2,0 grader pr. sekund), vil grove Ag₃Sn-nåle-lignende forbindelser udfældes i loddeforbindelserne. Under efterfølgende langvarige-høje-temperaturer er områderne omkring disse grove partikler meget tilbøjelige til at blive stresskoncentrationspunkter og vil være de første til at fremkalde krybningsrevner.
Underfill-hærdning: ekstern stressoverførsel og dispersion
Ved at omstrukturere den eksterne spændingsfordeling i det loddede område er det muligt effektivt at reducere krybebelastningen på loddelegeringen og forlænge PCBA'ens samlede levetid. Til høje-temperaturer, store-enheder, der bærer høje strømme på nye energikøretøjers bundkort (såsom IGBT-moduler og store-BGA'er), inkorporerer producenter typisk en underfyldningsproces efterreflowovnlodning. Ved at bruge høj-præcisionsdispenseringsmaskiner, høj-modulus, lav-CTE epoxyharpiks injiceres under chippen. Gennem kapillærvirkning udfylder den hullerne mellem komponenten og PCB'en og gennemgår termisk hærdning. Det hærdede harpikslag binder chippen tæt til pladen og danner en stiv, integreret enhed. Når en temperaturstigning forårsager CTE-uoverensstemmelse, absorberes og spredes det meste af forskydningsspændingen af den ydre harpiksmatrix, hvilket drastisk reducerer den fysiske belastning, der påføres loddepastasamlingerne. Dette forsinker begyndelsen af den termiske krybefase for loddelegeringen på det strukturelle niveau.
At overvinde krybeudfordringerne forbundet med loddelegeringer kræver en omfattende, multi-dimensionel tilgang, der omfatter metallurgisk udvælgelse, ovntemperaturkontrol og strukturel forstærkning.
Hurtige fakta om NeoDen
- Etableret i 2010, 200 + medarbejdere, 27000+ kvm. fabrik.
- NeoDen-produkter: Forskellige serier PnP-maskiner, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven IN serien, samt komplet SMT Line inkluderer alt nødvendigt SMT udstyr.
- Succesfulde 10000+ kunder over hele kloden.
- 40+ Globale agenter dækket i Asien, Europa, Amerika, Oceanien og Afrika.
- R&D Center: 3 R&D-afdelinger med 25+ professionelle R&D-ingeniører.
- Opført med CE og fik 70+ patenter.
- 30+ kvalitetskontrol- og teknisk supportingeniører, 15+ senior internationalt salg, for rettidig kundesvar inden for 8 timer og professionelle løsninger, der leveres inden for 24 timer.