Hvorfor man har brugt loddet med lav temperatur

Hvorfor man har brugt loddet med lav temperatur
Tidligere blev loddet i PCBA-processen som svar på EU's direktiv 2002/95/EF om begrænsning af farlige stoffer (RoHS) ændret fra tin-bly (SnPb) til tin-sølv-kobber-legeringer (SAC), hvilket dog relativt øger loddetemperaturen. Som reaktion på den generelle tendens til energibesparelser og kulstofreduktion ser det ud til, at et stigende antal virksomheder forsøger at omdanne SAC-højtemperaturprocessen til lavtemperaturprocessen.
Indholdsfortegnelse
    Tilføj en overskrift for at begynde at generere indholdsfortegnelsen

    Hvilken slags lodde med lav temperatur er mest populær

    Hvilken slags lodde med lav temperatur er mest populær

    Efter at lodningsprocessen blev overført til SAC-legering, steg den maksimale reflow-temperatur i SMT-produktionslinjen også fra den oprindelige 220˚C til ca. 250˚C, og stigningen i loddetemperaturen betyder også, at en del af materiale- og produktionsomkostningerne reduceres. Behovet for at bruge mere høj temperaturbestandige materialer, den største ændring er, at de tekniske plastmaterialer, desuden forringer høj temperatur også kvaliteten af produktionen, for eksempel er materialer mere tilbøjelige til at deformere ved høje temperaturer og forårsage dårlig svejsning.

    På nuværende tidspunkt er den mest kendte lodde med lav temperatur er en legering af tin-bismut (SnBi) og tin-bismut-sølv (SnBiAg) baseret på tin (Sn) tilsat bismuth (Bi).

    Fordele ved lodning ved lav temperatur

    Energibesparelser og kulstofreduktion

    I lavtemperatur-lodningsprocessen anvendes loddelegering med et lavere smeltepunkt, hvilket fører til en reduktion af temperatur, tid og energiforbrug.

    Mindske efterspørgslen efter materialer til høje temperaturer

    Anvendelse af materialer med lavere temperaturbestandighed over stuetemperatur betyder normalt lavere materialeomkostninger under lodningsprocessen ved lave temperaturer

    Sænk procestærsklen og forbedr produktionsudbyttet

    Ændring af lodlegeringen fra SAC til SnBi vil reducere den maksimale temperatur i reflow-ovnen fra 250˚C til ca. 175˚C, og tilsvarende vil deformationshastigheden af printkortet ved høj temperatur også blive reduceret med ca. 50%, hvilket er en af hovedårsagerne til HIP/HoP-lodning af store blyfrie dele som BGA og LGA og MLCC-brud.

     

    ledningsløse dele som BGA og LGA

    Ulemper ved lodning ved lav temperatur

    Lodningsforbindelsernes pålidelighed på lang sigt er ringe

    Den største ulempe ved lavtemperaturlodning er, at loddeforbindelserne er relativt skøre og tilbøjelige til at få tinrevner på grund af stress. Sammenlignet med loddet af SnPb- og SAC-legeringer er loddestyrken i SnBi-legeringen meget svag over for termiske stød og slagfald.

    Der er risiko for fejl ved varmrevne defekter i reflowprocessen

    Der er en tendens til varm slid på overfladen af PCB-pads i hybridlodningsprocessen med SAC-lodkugler, SnBi-lodpasta blyfri og tin-bly, især i BGA'er med loddeforbindelser med forud loddet del-lodninger. Dette skyldes, at SAC-loddekuglen under lodningsprocessen har et højt smeltepunkt og ikke er let at smelte. 

    Selv efter smeltning vil den størkne tidligere under afkølingsprocessen, mens SnBi-loddepastaen helt sikkert vil smelte under reflowprocessen og køle ned. Den hærder også langsommere end SAC. Forestil dig, at BGA-loddekuglerne er størknet eller slet ikke smeltet under reflow-ovnens afkølingsproces, så der kun er en lille del SnBi-loddeplast tilbage i en opslæmmet tilstand. 

    På dette tidspunkt kommer PCB'et og BGA-bærerpladen også gradvist tilbage fra deformationen ved høj temperatur. Når kløften mellem BGA-bærerpladen og PCB'et er lille ved høj temperatur, og kløften bliver større efter tilbagevenden til temperaturen (deformationsgenopretning), vil den trække SnBi-loddet, der endnu ikke er helt hærdet, og derved danne en revet varm revnedannelse.

    Hvilken temperaturprofil skal anvendes, når BGA-loddekugler af SAC-legering blandes med lavtemperatur-loddepasta?

    Det er faktisk nyttigt at kombinere lavtemperatur-lodpasta, lavtemperatur-lodkugler og lavtemperaturprofiler på samme tid for at opnå alle fordelene ved lavtemperatur-lodpasta og den bedste loddeeffekt og kvalitet. Da der imidlertid ikke findes BGA'er med loddekugler med lav temperatur på markedet, så Fremstilling af PCB må ty til loddepasta med lav temperatur og BGA-loddekugler af SAC-legering.

    Hvis du ønsker at opnå den bedste kvalitetseffekt af SAC blandet med loddepasta ved lav temperatur, skal du finde en måde at reducere virkningen af hot-tearing på, og den bedste reflowprofil er at følge temperaturprofilen for SAC, fordi profilen ved høj temperatur kan smeltes, samtidig med at SAC og SnBi-legering tillader SAC at diffundere ind i SnBi-legeringsområdet.

    SAC-legering

    Herved ændres legeringsforholdet i SnBi-formlen, hvilket kan øge størkningstemperaturen for SnBi-området en smule, og det anbefales at fremskynde afkølingshastigheden efter den højeste temperatur, især mellem 217 °C (SAC305) og 138 °C (Sn42Bi58), for at lade SnBi-loddeområdet størkne umiddelbart efter, at SAC-loddeområdet størkner på kortest mulig tid. Men på denne måde vil alle fordelene ved at bruge LTS gå tabt, og loddestyrken er ikke så god som for SAC-legering, så det er bedre at bruge SAC-loddepasta direkte.

    I de fleste tilfælde, hvor der anvendes lavtemperatur-lodpasta, er det fordi delene ikke kan modstå SAC's høje temperaturprofil. I dette tilfælde kan kun lavtemperaturprofilen for lavtemperaturlodpasta anvendes. Eksperter foreslår, at reflow-temperaturen bør reduceres så meget som muligt uden at påvirke loddekvaliteten. Formålet er at reducere varmen på PCB og reflow-bærer printpladen under reflow.

    Samtidig er det nødvendigt at fremskynde afkølingshastigheden efter reflowets højeste temperatur. Formålet er at størkne lavtemperaturloddet, inden deformationen af pladen genopstår. Hvis afkølingshastigheden accelereres for meget, kan der imidlertid være risiko for at forværre revnerne i BGA-loddet. Til evaluering vælges en bedre temperatur og kølehastighed efter pålidelighedstest og sammenligninger.Det anbefales ikke at øge den maksimale reflowtemperatur, for jo højere temperatur, jo større deformation af PCB'et og BGA-bæreren.

    Hvordan man styrker den mekaniske styrke af lavtemperaturpasta

    epoxyharpiks lim

    På nuværende tidspunkt er den mest gennemførlige løsning til forstærkning af loddeforbindelser ved lave temperaturer at bruge underfyldning. Denne løsning fandtes faktisk allerede, da CSP og flip-chip kom frem, og blev senere anvendt på BGA. Der anvendes epoxyharpikslim til at pege på kanten af BGA'er eller lignende dele, og der anvendes kapillærprincippet til at lade limen trænge ind og fylde bunden af delen, hvorefter den opvarmes og størkner for at opnå formålet med at udfylde huller og styrke loddeforbindelser. Nogle bruger lim med en relativt høj viskositet til selektivt at pege på de fire hjørner af BGA'en (coner bond) eller de fire kanter af BGA'en (edge bond) for at styrke fastgørelsen.

    Her kommer vi til underfilm. Efter at printkortet var blevet trykt med loddepasta, blev det placeret på BGA-positionen på printkortet ved hjælp af en SMT-placeringsmaskine (uden loddefuger), og derefter blev BGA'en placeret på det. Den høje temperatur i reflowovnen bruges til at smelte filmen for at udfylde hullet og derefter størkne efter afkøling. Det skal dog bemærkes, at underfyldningen først virker efter printplade-samlingen og funktionstesten, mens underfilmen tilføjes under SMT-processen. Hvis udbyttet af produktet ikke er højt, vil efterarbejde være meget besværligt.

    Derudover er der med den øgede anvendelse af lavtemperaturlodning også såkaldt epoxypasta og epoxyflux fremstillet efter behov. Epoxypasta er at tilsætte epoxy til loddepastaen, direkte udskrive loddepastaen og opvarme den efter reflow, men da den tilsættes til loddepastaen, kan doseringen ikke være for stor, og loddefastheden af BGA-dele kan være begrænset. Men hvis det kun er til chipkomponenter eller LED-lampeplader, bør det stadig have en vis effekt.

    LED-lystavler 

    Epoxy flux anvender loddepastaudskrivning og -dispensering før montering, hvilket minder lidt om underfilm. Virkningerne af de to ovennævnte processer for tilsætning af epoxy er endnu ikke yderligere verificeret, og begge er afsluttet før testen. Tilføjelse af underfyld kan ganske vist styrke BGA'ens evne til at modstå stress, men det kan kun forsinke revnerne i loddet på grund af stress, men kan ikke fuldstændigt kurere dem. Det vil sige, at de problematiske loddeforbindelser stadig vil give problemer efter en periode med brug. 

    Derfor er det nødvendigt at finde en måde at minimere kilden til stress, der påvirker loddeforbindelserne, for at løsne klokken,det er nødvendigt at finde en måde at minimere kilden til stress, der påvirker loddeforbindelserne.

    Hvilken slags produkter er i stand til at anvende lavtemperatur-lodningsprocessen

    Nu hvor vi har lært, at loddeforbindelserne i produkter med lav temperatur loddeproces er relativt skøre og ikke modstandsdygtige over for stress, så længe de elektroniske produkters ansættelsessituation ikke er under alvorlig termisk stress (høj- og lavtemperaturcyklus) ændringer eller mekanisk stress (dråbepåvirkning). Hvis der ikke er behov for en langtidsgaranti for design med lang levetid, bør det overvejes at anvende lavtemperatur-pasta-processen. Det sparer trods alt energi og omkostninger. Her er nogle vejledende referencer for industrien til at citere lavtemperaturlodning:

    Produktdesignets levetid er helst inden for 5 år eller mindre. Det anbefales at foretage en MTBF-evaluering (Mean Time Between Failures).

    Det er bedre, hvis hoveddelene har en ekstra beskyttelsesmekanisme til loddeforbindelser, f.eks. dispensering eller tætning.

    loddeforbindelser

    Det er bedre, hvis IO-delene har en ekstra mekanisme til beskyttelse mod stress ved indsættelse, f.eks. en mekanisme til beskyttelse mod overindsættelse, mod rystelser og andre mekanismer.

    Produktets driftsbetingelse er bedst under 40˚C, og den maksimale driftstemperatur bør ikke overstige 85˚C.

    Den anvendes generelt i indendørs miljøer uden store udsving i høje og lave temperaturer. Anbefales ikke til brug i køretøjer eller udendørs miljøer.

    På nuværende tidspunkt ses det, at lavtemperaturlodning mest anvendes i LED-lamper, og mini-LED anvendes også i en lille del, og nogle PC-industrier er også under evaluering.

    Konklusion

    Set ud fra et perspektiv med energibesparelser og kulstofreduktion er lavtemperatur-lodningspastaprocessen faktisk mere energibesparende, og den kan også reducere kravene til dele på højtemperaturplastmaterialer og spare omkostninger. Den nuværende lavtemperaturlodpasta har imidlertid en skæbnesvanger mangel, nemlig den dårlige pålidelighed. 

    Lodninger er relativt skøre og har måske ikke stor betydning for nogle små dele, men for nogle dele, der har krav om belastning, f.eks. I/O-dele eller produkter, der kan bøje printkortet efter at være blevet udsat for eksterne kræfter, eller ofte produkter under vibrationer eller termisk belastning, er ikke egnet til lavtemperatur-lodningsprocessen. 

    Det kan kun siges, at selv om lavtemperaturlodpasta kan opfylde kravene om energibesparelser og kulstofreduktion, er der stadig lang vej igen, og måske vil lavtemperaturlodning ikke kunne erstatte den helt i sidste ende. SAC, mere sandsynligt, at lavtemperaturlodning vil være lavtemperaturlodning parallelt med SAC.

    OFTE STILLEDE SPØRGSMÅL

    På nuværende tidspunkt er det mest kendte lavtemperaturloddetøj en legering af tin-bismut (SnBi) og tin-bismut-sølv (SnBiAg) baseret på tin (Sn) tilsat bismuth (Bi).
    Energibesparelser og kulstofreduktion Reducerer efterspørgslen efter materialer med høj temperatur sænker procestærsklen og forbedrer produktionsudbyttet
    Lodningsforbindelsernes pålidelighed på lang sigt er ringe. Der kan forekomme fejl i forbindelse med reflow-processen, som kan forårsage varmeafrivning.

    Relaterede indlæg

    PCB Impedance Board - Alt hvad du behøver at vide

    PCB Impedance Board - Alt hvad du behøver at vide

    PCB-impedansplader er rygraden i højtydende elektroniske systemer, hvor signalintegriteten er altafgørende. Disse specialiserede printkort er omhyggeligt designet og fremstillet ...
    Sådan installerer du en modstand på et printkort

    Hvordan installerer man en modstand på et printkort?

    Anvendelsen af modstande på et Printed Circuit Board (PCB) er et vigtigt aspekt af kredsløbsdesign. Modstand er en komponent, der bruges til at begrænse ...
    Udpakning af SMT PCB-montage - overflademonteringsteknologi

    Udpakning af SMT PCB-montage - overflademonteringsteknologi

    Denne artikel afmystificerer, hvad der definerer SMT PCB-montageprocesser, maskiner, omkostningsstrukturer, fordele i forhold til forgængere og udvælgelsesstrategier for produktionspartnere.
    Konventionel PCB-fremstilling vs. Rapid Prototyping PCB - en detaljeret sammenligning

    Konventionel PCB-fremstilling vs. Rapid Prototyping PCB - en detaljeret sammenligning

    I det evigt udviklende landskab af elektronik er skabelsen af printkort (PCB) et kritisk aspekt af produktudviklingen. Uanset om det er til forbruger ...
    IBE Electronics møder dig på CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics møder dig på CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Som en af de globale ODM/OEM-producenter med en masseproduktionsbase inviterer IBE dig til at besøge vores stand 2012&2014 og stand 2929 den ...
    Anmodning om et tilbud

    Efterlad en kommentar

    Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

    da_DKDanish
    Rul til toppen