Invoering
Extreme toepassingsscenario's zoals omvormers voor nieuwe energievoertuigen, on-boordladers (OBC's) en omvormers voor fotovoltaïsche energieopslag duwen de betrouwbaarheid van de PCBA-productie naar nieuwe fysieke grenzen. Bij gebruik op hoog vermogen blijft de verbindingstemperatuur van deze producten vaak gedurende langere perioden binnen het hoge temperatuurbereik van 125 tot 150 graden. Onder de gecombineerde effecten van voortdurende thermische en mechanische spanningen ondergaan lood-vrije soldeerlegeringen een langzame en permanente plastische vervorming die bekend staat als 'kruip'. Zodra kruip zich tot op zekere hoogte ophoopt, ontstaan er microscopisch kleine scheurtjes in de soldeerverbindingen, wat uiteindelijk leidt tot vermoeidheidsproblemen. Het analyseren van het kruipmechanisme van soldeerlegeringen en het implementeren van nauwkeurige procesinterventies tijdens de PCBA-productie zijn van fundamenteel belang om de betrouwbare werking van nieuwe energie-elektronica op lange termijn te garanderen.
Mechanisme van soldeerkruip: korrelgrensverschuiving in metalen onder hoge -spanning
Lood-vrije soldeerlegeringen (zoals de veelgebruikte SAC305, een tin-zilver-koperlegering die 3,0% zilver en 0,5% koper bevat) hebben een smeltpunt van ongeveer 217 graden. Volgens de principes van de materiaalmechanica wordt het kruipeffect aanzienlijk geactiveerd wanneer de bedrijfstemperatuur van een metaal 50% van zijn absolute smeltpunt (gemeten in Kelvin) overschrijdt. Bij 125 graden (ongeveer 398 K) bereikt de homologe temperatuur van SAC305-soldeer 0,81, wat ruimschoots de kruipdrempel van 0,5 overschrijdt. Dit betekent dat zelfs onder zeer lage spanningen-zoals de schuifspanning veroorzaakt door niet-overeenkomende thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) tussen de PCB en de chip-de tinmatrixmetaalkorrels in de soldeerverbinding een langzame wederzijdse slip en atomaire diffusie langs de korrelgrenzen zullen ondergaan. Langdurig gebruik bij hoge-temperaturen leidt tot vergroving van de korrels in de soldeerverbindingen, waarbij microscopisch kleine holtes zich ophopen aan de korrelgrenzen en zich ontwikkelen tot macroscopische scheuren. Dit is de fundamentele technische oorzaak van slecht elektrisch contact of intermitterende open circuits in PCBA-assemblages met nieuwe energie.
Legeringsmodificatie via doping van spoorelementen: verbetering van het effect van het vastzetten van graangrenzen
Omdat traditionele lood{0}}vrije soldeersoorten moeite hebben om kruipschade te weerstaan bij langdurig hoge temperaturen, is het gebruik van nieuwe legeringsmaterialen met superieure kruipweerstand de kernstrategie om deze uitdaging bij de huidige PCBA-productie aan te pakken. Bij de productie van kernplaten voor nieuwe energietoepassingen worden geleidelijk zeer betrouwbare soldeermiddelen gebruikt die zijn gedoteerd met sporenelementen (zoals bismut (Bi), antimoon (Sb), nikkel (Ni) en kobalt (Co)), waarbij Innolot-legeringen als typisch voorbeeld dienen. Door deze sporenelementen in de tinmatrix op te nemen, wordt in het metaal een fijne en gelijkmatig verdeelde tweede-fase-dispersiefase gevormd. Wanneer kruip optreedt bij soldeerverbindingen, fungeren deze harde deeltjes als een "vastzettend effect" bij de korrelgrenzen, waardoor het slippen van de metaalkorrels en micro-dislocatiebewegingen effectief worden tegengegaan. Uit experimentele gegevens blijkt dat bij thermische verouderingstests bij 150 graden de treksterkte en kruiplevensduur bij hoge- temperaturen van Innolot-legeringen meer dan twee keer zo groot zijn als die van standaard SAC305, wat een robuuste microstructurele barrière vormt voor de moederborden van nieuwe energie-omvormers.
Reflow-solderenControle van de koelsnelheid: Optimalisatie van de initiële korrelgrootte
Naast de samenstelling van het soldeer zelf, bepaalt de thermodynamische controle tijdens het PCBA-productieproces rechtstreeks het vermogen van de initiële microstructuur om kruip te weerstaan. De afkoelsnelheid bij het reflow-soldeerproces is een belangrijke controleparameter. Technici moeten de koelsnelheid tijdens de koelfase strikt controleren tussen 3,5 graden en 5,5 graden per seconde. Snelle afkoeling zorgt ervoor dat het gesmolten metaal snel stolt, wat resulteert in een fijne, dichte en gelijkmatig verdeelde eutectische microstructuur die de vorming van grove enkele kristallen onderdrukt. Omdat fijnkorrelige microstructuren meer korrelgrenzen hebben, bieden ze een betere mechanische sterkte bij kamertemperatuur; bovendien vertraagt de dichte microstructuur tijdens de vroege stadia van kruip bij hoge -temperaturen de kiemvorming en uitzetting van holtes. Als de afkoelsnelheid te laag is (bijvoorbeeld minder dan 2,0 graden per seconde), zullen grove Ag₃Sn-naaldachtige verbindingen neerslaan in de soldeerverbindingen. Tijdens de daaropvolgende lange-termijn bij hoge- temperaturen zijn de gebieden rond deze grove deeltjes zeer vatbaar voor spanningsconcentratiepunten en zullen deze de eerste zijn die kruipscheuren veroorzaken.
Underfill-uitharding: externe spanningsoverdracht en -verspreiding
Door de externe spanningsverdeling in het gesoldeerde gebied te herstructureren, is het mogelijk om de kruipbelasting die door de soldeerlegering wordt gedragen effectief te verminderen en de algehele levensduur van de PCBA te verlengen. Voor hoge- grote, verpakte apparaten- die hoge stromen leveren op moederborden van nieuwe energievoertuigen (zoals IGBT-modules en grote- BGA's), integreren fabrikanten doorgaans een underfill-proces nadatterugvloeienovensolderen. Met behulp van doseermachines met hoge-precisie wordt epoxyhars met hoge-modulus en lage-CTE onder de chip geïnjecteerd. Door capillaire werking vult het de gaten tussen het onderdeel en de printplaat en ondergaat het thermische uitharding. De uitgeharde harslaag verbindt de chip stevig met de plaat en vormt een stijve, geïntegreerde eenheid. Wanneer een temperatuurstijging CTE-mismatch veroorzaakt, wordt het grootste deel van de schuifspanning geabsorbeerd en verspreid door de buitenste harsmatrix, waardoor de fysieke belasting die op de soldeerpastaverbindingen wordt uitgeoefend drastisch wordt verminderd. Dit vertraagt het begin van de thermische kruipfase voor de soldeerlegering op structureel niveau.
Het overwinnen van de kruipuitdagingen die gepaard gaan met soldeerlegeringen vereist een alomvattende, multi{0}}benadering die metallurgische selectie, controle van de oventemperatuur en structurele versterking omvat.
Snelle feiten over NeoDen
- Opgericht in 2010, 200 + werknemers, 27000+ m². fabriek.
- NeoDen-producten: verschillende series PnP-machines, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven IN-serie, evenals de complete SMT-lijn, bevatten alle benodigde SMT-apparatuur.
- Succesvolle 10000+ klanten over de hele wereld.
- 40+ Wereldwijde agenten in Azië, Europa, Amerika, Oceanië en Afrika.
- R&D-centrum: 3 R&D-afdelingen met 25+ professionele R&D-ingenieurs.
- Vermeld bij CE en heeft 70+ patenten.
- 30+ kwaliteitscontrole- en technische ondersteuningsingenieurs, 15+ senior internationale verkoop, voor tijdige klantreacties binnen 8 uur, en professionele oplossingen die binnen 24 uur worden geboden.