Introduktion
Extrema applikationsscenarier som växelriktare för nya energifordon,-inbyggda laddare (OBC) och växelriktare för lagring av fotovoltaisk energi pressar tillförlitligheten för PCBA-tillverkning till nya fysiska gränser. Vid drift med hög effekt förblir korsningstemperaturen för dessa produkter ofta inom det höga-temperaturintervallet på 125 grader till 150 grader under längre perioder. Under de kombinerade effekterna av kontinuerliga termiska och mekaniska påkänningar genomgår bly-fria lödlegeringar en långsam och permanent plastisk deformation som kallas "krypning". När krypning ackumuleras i viss utsträckning, orsakar det mikroskopiska sprickor att bildas i lödfogarna, vilket i slutändan leder till utmattningsfel. Att analysera krypmekanismen för lödlegeringar och implementera exakta processinterventioner under PCBA-tillverkning är grundläggande för att säkerställa den långsiktiga tillförlitliga driften av ny energielektronik.
Mekanism för lödkrypning: korngränsglidning i metaller under hög-temperaturspänning
Bly-fria lödlegeringar (som den vanliga SAC305, en tenn-silver-kopparlegering som innehåller 3,0 % silver och 0,5 % koppar) har en smältpunkt på cirka 217 grader. Enligt materialmekanikens principer, när en metalls driftstemperatur överstiger 50 % av dess absoluta smältpunkt (mätt i Kelvin), aktiveras krypeffekten avsevärt. Vid 125 grader (ungefär 398 K) når den homologa temperaturen för SAC305-lod 0,81, vilket vida överskrider krypningströskeln på 0,5. Detta innebär att även under mycket låga spänningar-såsom skjuvspänningen orsakad av felaktiga värmeutvidgningskoefficienter (CTE) mellan PCB och chipet-kommer tennmatrismetallkornen i lödfogen att genomgå långsam ömsesidig glidning och atomär diffusion längs korngränserna. Långvarig drift vid hög-temperatur leder till att kornen förgrovs i lödfogarna, med mikroskopiska hålrum som samlas vid korngränserna och utvecklas till makroskopiska sprickor. Detta är den grundläggande tekniska orsaken till dålig elektrisk kontakt eller intermittenta öppna kretsar i nya energi-PCBA-enheter.
Legeringsmodifiering via spårelementdopning: Förbättrar korngränseffekten
Eftersom traditionella blyfria-lod kämpar för att motstå krypskador under långvariga höga temperaturer, är införandet av nya legeringsmaterial med överlägsen krypmotstånd kärnstrategin för att ta itu med denna utmaning i nuvarande PCBA-tillverkning. Tillverkningen av kärnskivor för nya energitillämpningar införlivar gradvis hög-tillförlitlig lödmetall dopad med spårämnen (som vismut (Bi), antimon (Sb), nickel (Ni) och kobolt (Co)), med Innolot-legeringar som ett typiskt exempel. Genom att införliva dessa spårelement i tennmatrisen bildas en fin och jämnt fördelad andra-fasdispersionsfas inuti metallen. När krypning sker vid lödfogar, fungerar dessa hårda partiklar som "nålningseffekt" vid korngränserna, vilket effektivt hämmar metallkornglidning och mikro-dislokationsrörelse. Experimentella data visar att i termiska åldringstester vid 150 grader är draghållfastheten och högtemperaturens kryplivslängd för Innolot-legeringar mer än dubbelt så hög som standard SAC305, vilket ger en robust mikrostrukturell barriär för moderkorten i nya energiomriktare.
ÅterflödeslödningKylhastighetskontroll: Optimering av den ursprungliga kornstorleken
Förutom själva lodets sammansättning bestämmer termodynamisk kontroll under PCBA-tillverkningsprocessen direkt den initiala mikrostrukturens förmåga att motstå krypning. Kylhastigheten i återflödeslödningsprocessen är en viktig kontrollparameter. Tekniker måste strikt kontrollera kylningshastigheten under kylfasen mellan 3,5 grader och 5,5 grader per sekund. Snabb kylning tvingar den smälta metallen att stelna snabbt, vilket resulterar i en fin, tät och jämnt fördelad eutektisk mikrostruktur som undertrycker bildningen av grova enkristaller. Eftersom finkorniga mikrostrukturer har fler korngränser ger de bättre mekanisk hållfasthet vid rumstemperatur; dessutom, under de tidiga stadierna av krypning vid hög-temperatur, fördröjer den täta mikrostrukturen kärnbildning och expansion av tomrum. Om nedkylningshastigheten är för långsam (t.ex. under 2,0 grader per sekund), kommer grova Ag₃Sn-nålsliknande föreningar att fällas ut i lödfogarna. Under efterföljande långvarig-hög-temperaturservice är områdena kring dessa grova partiklar mycket benägna att bli stresskoncentrationspunkter och kommer att vara de första att framkalla krypsprickor.
Underfyllningshärdning: Extern spänningsöverföring och dispersion
Genom att omstrukturera den externa spänningsfördelningen i det lödda området är det möjligt att effektivt minska krypbelastningen som bärs av lödlegeringen och förlänga PCBA:s totala livslängd. För hög-förpackade enheter i stor-storlek som bär höga strömmar på moderkort för nya energifordon (som IGBT-moduler och stora-BGA-enheter) använder tillverkare vanligtvis en underfyllningsprocess efteråterflödeugnlödning. Med hjälp av dispenseringsmaskiner med hög-precision, hög-modul, låg-CTE-epoxiharts injiceras under chipet. Genom kapillärverkan fyller den luckorna mellan komponenten och PCB:n och genomgår termisk härdning. Det härdade hartslagret binder chipet tätt till kortet och bildar en styv, integrerad enhet. När en temperaturökning orsakar CTE-fel, absorberas och sprids det mesta av skjuvspänningen av den yttre hartsmatrisen, vilket drastiskt minskar den fysiska belastningen som appliceras på lödpastafogarna. Detta fördröjer starten av den termiska krypfasen för lödlegeringen på strukturnivån.
Att övervinna kryputmaningarna som är förknippade med lödlegeringar kräver en omfattande, fler-dimensionell strategi som omfattar metallurgiskt urval, ugnstemperaturkontroll och strukturell förstärkning.
Snabbfakta om NeoDen
- Etablerat 2010, 200 + anställda, 27000+ kvm. fabrik.
- NeoDen-produkter: PnP-maskiner i olika serier, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven IN-serien, såväl som komplett SMT Line inkluderar all nödvändig SMT-utrustning.
- Framgångsrika 10000+ kunder över hela världen.
- 40+ Globala agenter täckta i Asien, Europa, Amerika, Oceanien och Afrika.
- FoU-center: 3 FoU-avdelningar med 25+ professionella FoU-ingenjörer.
- Listad med CE och fick 70+ patent.
- 30+ ingenjörer för kvalitetskontroll och teknisk support, 15+ senior internationell försäljning, för snabb kundsvar inom 8 timmar och professionella lösningar inom 24 timmar.