Miksi matalan lämpötilan juotosta on käytetty

Miksi matalan lämpötilan juotosta on käytetty
Aikaisemmin vastauksena Euroopan unionin vaarallisten aineiden rajoittamista koskevaan direktiiviin 2002/95/EY, RoHS, PCBA-prosessin juote muutettiin tina-lyijystä (SnPb) tina-hopea-kupari (SAC) -seoksiin, mikä kuitenkin nostaa juotteen hitsauslämpötilaa suhteellisen paljon. Vastauksena energiansäästön ja hiilidioksidipäästöjen vähentämisen yleiseen suuntaukseen näyttää siltä, että yhä useammat yritykset yrittävät muuttaa korkean lämpötilan SAC-prosessin matalan lämpötilan prosessiksi.
Sisällysluettelo
    Lisää otsikko sisällysluettelon luomisen aloittamiseksi.

    Millainen matalan lämpötilan juote on suosituin

    Millainen matalan lämpötilan juote on suosituin

    Itse asiassa sen jälkeen, kun juotosprosessi siirrettiin SAC-seokseen, SMT-tuotantolinjan huippu reflow-lämpötila nousi myös alkuperäisestä 220 ° C: sta noin 250 ° C: een, ja juotoslämpötilan nousu tarkoittaa myös sitä, että osa materiaaleista ja tuotantokustannuksista vähenee. Tarve käyttää enemmän korkean lämpötilan kestäviä materiaaleja, suurin muutos on, että tekniset muovimateriaalit, lisäksi korkea lämpötila myös heikentää tuotannon laatua, esimerkiksi materiaalit ovat todennäköisemmin muodonmuutoksia korkeissa lämpötiloissa ja aiheuttavat huonon hitsauksen.

    Tällä hetkellä tunnetuin matalan lämpötilan juote on tina-vismutti (SnBi) ja tina-vismutti-hopea (SnBiAg) seos, joka perustuu tinaan (Sn), johon on lisätty vismuttia (Bi).

    Matalan lämpötilan juotosprosessin edut

    Energiansäästö ja hiilidioksidipäästöjen vähentäminen

    Matalan lämpötilan juotosprosessissa käytetään juotosseosta, jonka sulamispiste on alhaisempi, mikä vähentää lämpötilaa, aikaa ja energiankulutusta.

    Vähentää korkean lämpötilan materiaalien kysyntää.

    Materiaalien käyttö, joiden lämpötilakestävyys on huonelämpötilan yläpuolella, tarkoittaa yleensä alhaisempia materiaalikustannuksia matalan lämpötilan juotosprosessin aikana.

    Alentaa prosessin kynnysarvoa ja parantaa tuotannon tuottoa

    Juotosseoksen vaihtaminen SAC: sta SnBi: hen vähentää reflow-uunin enimmäislämpötilaa 250˚C: stä noin 175˚C: hen, ja vastaavasti piirilevyn muodonmuutosnopeus korkeassa lämpötilassa vähenee myös noin 50%: llä, mikä on yksi suurten lyijyttömien osien, kuten BGA: n ja LGA: n, ja MLCC-murtumien HIP / HoP-juottamisen tärkeimmistä syistä.

     

    lyijyttömät osat kuten BGA ja LGA

    Matalan lämpötilan juotosprosessin haitat

    Juotosliitosten pitkäaikainen luotettavuus on heikko

    Matalan lämpötilan juotosten suurin haittapuoli on, että juotosliitokset ovat suhteellisen hauraita ja alttiita jännityksen aiheuttamalle tinahalkeilulle. SnPb- ja SAC-seosjuotteisiin verrattuna SnBi-seoksen juotoslujuus on hyvin heikko lämpöshokkeja ja iskuja vastaan.

    Reflow-prosessissa esiintyy herkästi kuumarepeämävikoja.

    Kuuma repiminen pyrkii näkymään PCB-tyynyjen pinnalla SAC-juotospallojen, SnBi-juotospastan lyijyttömän ja tina-lyijyn hybridi-juotosprosessissa, erityisesti BGA: ssa, jossa on valmiiksi juotetut osan juotosliitokset. Tämä johtuu siitä, että juotosprosessin aikana SAC-juotospallolla on korkea sulamispiste eikä se ole helppo sulaa. 

    Jopa sulamisen jälkeen se jähmettyy aiemmin jäähdytysprosessin aikana, kun taas SnBi-juotospasta sulaa varmasti uudelleenvalutusprosessin aikana ja jäähtyy. Se myös kovettuu hitaammin kuin SAC. Kuvittele, että reflow-uunin jäähdytysprosessin aikana BGA-juotospallot ovat jähmettyneet tai ne eivät ole sulaneet lainkaan, jolloin vain pieni osa SnBi-juotteesta on lietteenä. 

    Tällä hetkellä myös PCB- ja BGA-kantaja-alusta toipuu vähitellen korkean lämpötilan muodonmuutoksesta. Kun BGA-kantajalevyn ja piirilevyn välinen rako on pieni muodonmuutos korkeassa lämpötilassa ja rako kasvaa lämpötilan palautumisen jälkeen (muodonmuutoksen palautuminen), se vetää lietteen SnBi-juotoksen, joka ei ole vielä täysin kovettunut, jolloin muodostuu repeytynyt kuuma -repeämä halkeamia.

    Millaista lämpötilaprofiilia olisi käytettävä, kun SAC-seoksen BGA-juotospallot sekoitetaan matalan lämpötilan juotospastaan.

    Itse asiassa on hyödyllistä yhdistää matalan lämpötilan juotospasta, matalan lämpötilan juotospallot ja matalan lämpötilan profiilit samanaikaisesti, jotta saadaan kaikki matalan lämpötilan juotospastan edut ja paras juotosvaikutus ja laatu. Koska markkinoilla ei kuitenkaan ole BGA-levyjä, joissa on matalan lämpötilan juotospalloja, joten PCB Valmistus joutuu turvautumaan matalan lämpötilan juotospastaan ja SAC-seoksen BGA-juotospalloihin.

    Jos haluat saavuttaa parhaan laadullisen vaikutuksen SAC: n, joka on sekoitettu matalan lämpötilan juotospastan kanssa, sinun on löydettävä tapa vähentää kuuman repeytymisen vaikutusta, ja paras reflow-profiili on seurata SAC: n lämpötilaprofiilia, koska korkean lämpötilan profiilia voidaan sulattaa, samalla kun SAC ja SnBi-seos mahdollistavat SAC: n diffuusion SnBi-seosalueelle.

    SAC-seos

    Muuttamalla SnBi-kaavan seossuhdetta, mikä voi hieman lisätä SnBi-alueen jähmettymislämpötilaa, ja on suositeltavaa nopeuttaa jäähdytysnopeutta huippulämpötilan jälkeen, erityisesti 217 ° C (SAC305) ja 138 ° C (Sn42Bi58) välillä, tarkoituksena on antaa SnBi-juotealueen jähmettyä välittömästi SAC-juotealueen jähmettymisen jälkeen lyhyessä ajassa. Mutta tällä tavoin kaikki LTS: n käytön edut menetetään, ja juotoslujuus ei ole yhtä hyvä kuin SAC-seoksen, joten on parempi käyttää SAC-juotospastaa suoraan.

    Useimmiten matalan lämpötilan juotospastaa käytetään, koska osat eivät kestä SAC:n korkean lämpötilan profiilia. Tällöin voidaan käyttää vain matalan lämpötilan juotospastan matalan lämpötilan profiilia. Asiantuntijat suosittelevat, että reflow-huippulämpötilaa olisi alennettava niin paljon kuin mahdollista ilman, että se vaikuttaa juotoslaatuun. Tarkoituksena on vähentää piirilevyn lämpöä ja reflow-kantaja levyn uudelleen sulatuksen aikana.

    Samanaikaisesti on tarpeen nopeuttaa jäähdytysnopeutta reflow-huippulämpötilan jälkeen. Tarkoituksena on jähmettää matalan lämpötilan juote ennen kuin levyn muodonmuutos palautuu. Jos jäähdytysnopeutta kuitenkin kiihdytetään liikaa, BGA-juotoksen halkeilua saattaa pahentaa. Arviointia varten valitaan parempi lämpötila ja jäähdytysnopeus luotettavuustestien ja vertailujen jälkeen.Ei ole suositeltavaa nostaa reflow-huippulämpötilaa, koska mitä korkeampi lämpötila on, sitä suurempi on piirilevyn ja BGA-kantajan muodonmuutos.

    Miten vahvistaa mekaanista lujuutta matalan lämpötilan tahna

    epoksihartsiliima

    Tällä hetkellä toteutuskelpoisempi ratkaisu matalan lämpötilan juotosliitosten vahvistamiseen on käyttää alatäyttöä. Tämä ratkaisu oli jo olemassa, kun CSP- ja flip-sirut ilmestyivät, ja sitä sovellettiin myöhemmin BGA:han. Käytä epoksihartsiliimaa BGA:n tai vastaavien osien reunaan ja käytä kapillaarisen toiminnan periaatetta, jotta liima voi tunkeutua ja täyttää osan pohjan, ja kuumenna ja jähmettyä sen jälkeen täyttämään aukot ja vahvistamaan juotosliitoksia. Joissakin käytetään liimaa, jonka viskositeetti on suhteellisen korkea ja joka kohdistuu valikoivasti BGA:n neljään kulmaan (coner bond) tai BGA:n neljään reunaan (edge bond) kiinnityksen vahvistamiseksi.

    Tässä tulee alifilmi. Kun levy oli painettu juotospastalla, se sijoitettiin piirilevyn BGA-paikkaan SMT-sijoituskoneen avulla (juotosliitosten välttäminen), ja sitten BGA sijoitettiin siihen. Reflow-uunin korkeaa lämpötilaa käytetään kalvon sulattamiseen aukon täyttämiseksi ja sen jähmettämiseen jäähdytyksen jälkeen. On kuitenkin huomattava, että alatäyttö toimii vasta levyn kokoonpanon ja toimintatestin jälkeen, kun taas alukalvo lisätään SMT-prosessin aikana. Jos tuotteen saantoprosentti ei ole korkea, uudelleentyöstö on hyvin hankalaa.

    Lisäksi matalan lämpötilan juotosten käytön lisääntyessä on myös niin sanottua epoksipastaa ja epoksifluxia, jotka on valmistettu aikojen vaatimalla tavalla. Epoksipasta on lisätä epoksi juotospastaan, tulostaa suoraan juotospasta ja lämmittää sitä uudelleenjuoksutuksen jälkeen, mutta koska se lisätään juotospastaan, sen annostus ei voi olla liian suuri, ja BGA-osien juotoslujuus voi olla rajoitettu. Mutta jos se on vain sirukomponentteja tai LED-valolevyjä varten, sillä pitäisi silti olla jonkinlainen vaikutus.

    LED-valotaulut 

    Epoksifluxissa käytetään juotospastan tulostusta ja annostelua ennen asennusta, mikä on hieman samanlaista kuin underfilm. Edellä mainittujen kahden epoksin lisäämiseen liittyvän prosessin vaikutuksia ei ole vielä tarkemmin todennettu, ja molemmat niistä on saatettu päätökseen ennen testiä. Alustäytteen lisääminen voi todellakin vahvistaa BGA:n kykyä vastustaa rasitusta, mutta se voi vain viivyttää rasituksesta johtuvaa juotteen halkeilua, mutta ei voi täysin parantaa sitä. Toisin sanoen ongelmalliset juotosliitokset aiheuttavat edelleen ongelmia jonkin aikaa kestäneen käytön jälkeen. 

    Siksi kellon irrottamiseksi on löydettävä tapa minimoida juotosliitoksiin vaikuttava jännityslähde.

    Minkälaiset tuotteet pystyvät ottamaan käyttöön matalan lämpötilan juotosprosessin

    Nyt kun olemme oppineet, että matalan lämpötilan juotosprosessin tuotteiden juotosliitokset ovat suhteellisen hauraita ja eivät kestä rasitusta, kunhan elektronisten tuotteiden työllistämistilanne ei ole vakavan lämpöstressin (korkea ja matala lämpötilajakso) muutosten tai mekaanisen rasituksen (pudotusvaikutus) alaisena. Jos pitkän käyttöiän suunnittelutakuuta ei tarvita, olisi harkittava matalalämpötilapastaprosessin käyttöä. Loppujen lopuksi säästää energiaa ja kustannuksia. Tässä on joitakin alan ohjeellisia viitteitä matalan lämpötilan juotoksen mainitsemisesta:

    Tuotteen suunnittelun käyttöikä on mieluiten enintään 5 vuotta. On suositeltavaa suorittaa MTBF-arviointi (Mean Time Between Failures).

    On parempi, jos pääosissa on juotosliitosten lisäsuojamekanismi, kuten annostelu tai tiivistäminen.

    juotosliitokset

    On parempi, jos IO-osissa on ylimääräinen työntöjännitystä estävä mekanismirakenne, kuten työntöjännityksen esto, tärinänesto ja muut mekanismirakenteet.

    Tuotteen käyttöolosuhteet ovat parhaimmillaan alle 40˚C, ja suurin käyttölämpötila ei saa ylittää 85˚C.

    Sitä käytetään yleensä sisätiloissa, joissa ei ole voimakkaita korkeiden ja matalien lämpötilojen vaihteluita. Ei suositella käytettäväksi ajoneuvoissa tai ulkoympäristöissä.

    Tällä hetkellä on nähtävissä, että matalan lämpötilan juotoksia käytetään enimmäkseen LED-valoissa, ja mini-LEDiä käytetään myös pienessä osassa, ja jotkut PC-teollisuuden alat ovat myös arvioitavana.

    Päätelmä

    Energiansäästön ja hiilidioksidipäästöjen vähentämisen näkökulmasta matalan lämpötilan juotospastaprosessi on todellakin energiaa säästävämpi, ja se voi myös vähentää korkean lämpötilan muovimateriaalien osien vaatimuksia ja säästää kustannuksia. Nykyisellä matalan lämpötilan juotospastalla on kuitenkin kohtalokas puute, joka on huono luotettavuus. 

    Juotosliitokset ovat suhteellisen hauraita, eikä niillä voi olla suurta vaikutusta joihinkin pieniin osiin, mutta joihinkin osiin, joilla on rasitusta kantavia vaatimuksia, kuten I/O-osat tai tuotteet, jotka voivat taivuttaa piirilevyä ulkoisten voimien vaikutuksen jälkeen, tai usein Tuotteet tärinän tai lämpöjännityksen alaisina eivät sovellu matalan lämpötilan juotosprosessiin. 

    Voidaan vain sanoa, että vaikka matalan lämpötilan juotospasta voi täyttää energiansäästön ja hiilidioksidipäästöjen vähentämisen vaatimukset, on vielä pitkä matka kuljettavana, ja ehkä matalan lämpötilan juote ei voi lopulta korvata sitä kokonaan. SAC, todennäköisemmin matalan lämpötilan juote rinnakkain SAC: n kanssa.

    FAQ

    Tällä hetkellä tunnetuin matalan lämpötilan juote on tina-vismutti (SnBi) ja tina-vismutti-hopea (SnBiAg) -seos, joka perustuu tinaan (Sn), johon on lisätty vismuttia (Bi).
    Energiansäästö ja hiilidioksidipäästöjen vähentäminen Vähentää korkean lämpötilan materiaalien kysyntää. alentaa prosessin kynnysarvoa ja parantaa tuotannon tuottoa
    Juotosliitosten pitkäaikainen luotettavuus on heikko. Reflow-prosessissa esiintyy herkästi kuumarepeämävikoja.

    Aiheeseen liittyvät viestit

    PCB-impedanssilevy - kaikki mitä sinun tarvitsee tietää

    PCB-impedanssilevy - kaikki mitä sinun tarvitsee tietää

    PCB-impedanssilevyt ovat tehokkaiden elektronisten järjestelmien selkäranka, jossa signaalin eheys hallitsee ylivoimaisesti. Nämä erikoistuneet painetut piirilevyt on suunniteltu ja valmistettu huolellisesti ...
    Kuinka asentaa vastus painettuun piirilevyyn

    Miten asentaa vastus piirilevylle?

    Vastusten käyttö piirilevyllä (PCB) on tärkeä osa piirisuunnittelua. Vastus on komponentti, jota käytetään rajoittamaan ...
    SMT PCB-kokoonpanon purkaminen pakkauksesta - Pinta-asennustekniikka

    SMT PCB-kokoonpanon purkaminen pakkauksesta - Pinta-asennustekniikka

    Tässä artikkelissa selvitetään SMT-piirilevyjen kokoonpanoprosessien, koneiden, kustannusrakenteiden, edeltäjiin verrattuna saavutettujen etujen ja valmistuskumppaneiden valintastrategioiden määritelmiä.
    Perinteinen PCB-valmistus vs. Rapid Prototyping PCB - yksityiskohtainen vertailu

    Perinteinen PCB-valmistus vs. Rapid Prototyping PCB - yksityiskohtainen vertailu

    Elektroniikan jatkuvasti kehittyvässä maisemassa painettujen piirilevyjen (PCB) luominen on tärkeä osa tuotekehitystä. Olipa kyse sitten kuluttajille ...
    IBE Electronics tapaa sinut CES-messuilla (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics tapaa sinut CES-messuilla (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE on yksi globaaleista ODM / OEM-valmistajista, joilla on massatuotantopohja, ja IBE kutsuu sinut käymään osastollamme 2012 & 2014 ja osastollamme 2929 tammikuussa ...
    Pyydä tarjous

    Jätä kommentti

    Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

    fiFinnish
    Vieritä alkuun