Miért használták az alacsony hőmérsékletű forrasztást

Miért használták az alacsony hőmérsékletű forrasztást
A múltban az Európai Unió 2002/95/EK veszélyes anyagok korlátozásáról szóló irányelvére (RoHS) válaszul a PCBA-eljárásban a forraszanyagot ón-ólomról (SnPb) ón-ezüst-réz (SAC) ötvözetekre cserélték, azonban viszonylag megnövelik a forraszanyag hegesztési hőmérsékletét. Az energiatakarékosság és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének általános tendenciájára reagálva úgy tűnik, hogy egyre több vállalat próbálja a magas hőmérsékletű SAC-eljárást alacsony hőmérsékletűvé alakítani.
Tartalomjegyzék
    Adjon hozzá egy fejlécet a tartalomjegyzék létrehozásának megkezdéséhez.

    Melyik alacsony hőmérsékletű forraszanyag a legnépszerűbb

    Melyik alacsony hőmérsékletű forraszanyag a legnépszerűbb

    Valójában, miután a forrasztási folyamatot átvitték a SAC ötvözetre, az SMT gyártósor csúcs újraforrasztási hőmérséklete is emelkedett az eredeti 220 ° C-ról körülbelül 250 ° C-ra, és a forrasztási hőmérséklet növekedése azt is jelenti, hogy az anyagok és a gyártási költségek egy része csökken. Az igény, hogy több magas hőmérsékletnek ellenálló anyagot használjanak, a legnagyobb változás az, hogy a műszaki műanyag anyagok, továbbá a magas hőmérséklet is rontja a termelés minőségét, például az anyagok nagyobb valószínűséggel deformálódnak magas hőmérsékleten, és rossz hegesztést okoznak.

    Jelenleg a legismertebb alacsony hőmérsékletű forraszanyag ón-vizmut (SnBi) és ón-vizmut-ezüst (SnBiAg) ötvözete, amely ón (Sn) és bizmut (Bi) hozzáadásán alapul.

    Az alacsony hőmérsékletű forrasztási folyamat előnyei

    Energiatakarékosság és szén-dioxid-kibocsátás csökkentése

    Az alacsony hőmérsékletű forrasztási folyamat során alacsonyabb olvadáspontú forrasztóötvözetet használnak, ami a hőmérséklet, az idő és az energiafogyasztás csökkenéséhez vezet.

    A magas hőmérsékletű anyagok iránti igény csökkentése

    A szobahőmérséklet feletti alacsonyabb hőállóságú anyagok használata általában alacsonyabb anyagköltséget jelent az alacsony hőmérsékletű forrasztási folyamat során.

    A folyamat küszöbértékének csökkentése és a termelési hozam javítása

    A forraszanyag-ötvözet SAC-ról SnBi-ra történő cseréje csökkenti a maximális hőmérsékletet az újraolvasztókemencében 250˚C-ról körülbelül 175˚C-ra, és ennek megfelelően az áramköri lap magas hőmérsékleten történő deformációs sebessége is csökken körülbelül 50%-vel, ami a nagy ólommentes alkatrészek, például a BGA és az LGA, valamint az MLCC szakadásának egyik fő oka a HIP/HoP forrasztás.

     

    ólommentes alkatrészek, mint például BGA és LGA

    Az alacsony hőmérsékletű forrasztási folyamat hátrányai

    A forrasztott kötések hosszú távú megbízhatósága gyenge

    Az alacsony hőmérsékletű forraszanyagok legnagyobb hátránya, hogy a forrasztási kötések viszonylag törékenyek és hajlamosak a feszültség miatti ónrepedésre. Az SnPb és a SAC ötvözetű forraszanyagokkal összehasonlítva az SnBi ötvözet forraszszilárdsága nagyon gyenge a termikus sokkokkal és az ütéses eséssel szemben.

    A forró szakadásos hibák hajlamosak az újraolvasztási folyamat során előfordulni.

    A SAC forraszgolyók, SnBi forraszpaszta ólommentes és ón-ólom ólom hibrid forrasztási folyamatában a NYÁK-lapkák felületén hajlamos a forró szakadásra, különösen az előre forrasztott részforrasztási kötésekkel ellátott BGA-kban. Ennek oka, hogy a forrasztási folyamat során a SAC forraszgolyónak magas az olvadáspontja, és nem könnyű megolvadni. 

    Még az olvadás után is hamarabb megszilárdul a hűtési folyamat során, míg az SnBi forraszpaszta biztosan megolvad az újraolvasztási folyamat során és lehűl. Emellett lassabban is keményedik, mint az SAC. Képzelje el, hogy az újraolvasztókemence hűtési folyamata során a BGA forraszgolyók megszilárdultak vagy egyáltalán nem olvadtak meg, és csak egy kis rész SnBi-forraszanyag maradt szuszpenziós állapotban. 

    Ekkor a NYÁK és a BGA hordozólemez is fokozatosan felépül a magas hőmérsékletű deformációból. Miután a BGA hordozó tábla és a PCB közötti rés kis deformáció magas hőmérsékleten, és a rés nagyobb lesz a hőmérsékletre való visszatérés után (deformáció helyreállítása), akkor húzza az iszap SnBi forraszanyagot, amely még nem teljesen megszilárdult, így egy szakadt forró -szakadásos repedéseket képez.

    Milyen hőmérsékleti profilt kell használni, amikor a SAC ötvözetből készült BGA forraszgolyókat alacsony hőmérsékletű forraszpasztával keverik össze

    Valójában hasznos az alacsony hőmérsékletű forraszpaszta, az alacsony hőmérsékletű forraszgolyók és az alacsony hőmérsékletű profilok egyidejű kombinálása, hogy az alacsony hőmérsékletű forraszpaszta összes előnyét és a legjobb forrasztási hatást és minőséget érje el. Azonban az alacsony hőmérsékletű forraszgolyókkal ellátott BGA-k hiánya miatt a piacon, így PCB gyártás kénytelen alacsony hőmérsékletű forraszpasztát és SAC ötvözetű BGA forraszgolyókat használni.

    Ha az alacsony hőmérsékletű forraszpasztával kevert SAC legjobb minőségi hatását szeretné elérni, akkor meg kell találnia a forró szakadás hatásának csökkentésére szolgáló módszert, és a legjobb visszaáramlási profil a SAC hőmérsékleti profiljának követése, mert a magas hőmérsékletű profil megolvadhat, ugyanakkor a SAC és az SnBi ötvözet lehetővé teszi a SAC diffúzióját az SnBi ötvözet területére.

    SAC-ötvözet

    Ezáltal az SnBi képlet ötvözetarányának megváltoztatása, amely kissé növelheti az SnBi terület megszilárdulási hőmérsékletét, és ajánlott a csúcshőmérséklet utáni hűtési sebesség felgyorsítása, különösen a 217°C (SAC305) és 138°C (Sn42Bi58) közötti sebesség, a cél az, hogy az SnBi forrasztási terület a SAC forrasztási terület megszilárdulása után azonnal megszilárduljon a legrövidebb idő alatt. De így az LTS használatának minden előnye elvész, és a forraszthatóság nem olyan jó, mint a SAC ötvözeté, ezért jobb, ha közvetlenül SAC forraszpasztát használunk.

    Az alacsony hőmérsékletű forraszpasztát legtöbbször azért használják, mert az alkatrészek nem bírják a SAC magas hőmérsékletű profilját. Ebben az esetben csak az alacsony hőmérsékletű forraszpaszta alacsony hőmérsékletű profilja használható. A szakértők azt javasolják, hogy az újraolvasztás csúcshőmérsékletét a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni kell anélkül, hogy a forrasztás minősége romlana. A cél a NYÁK hőjének csökkentése és a reflow hordozó lapot az újraömlesztés során.

    Ugyanakkor fel kell gyorsítani a hűtési sebességet az újraolvasztás csúcshőmérséklete után. A cél az alacsony hőmérsékletű forraszanyag megszilárdítása, mielőtt a lap deformációja visszaáll. Ha azonban a hűtési sebességet túlzottan felgyorsítják, fennáll a veszélye annak, hogy a BGA forraszanyag repedezése súlyosbodik. Az értékeléshez a megbízhatósági vizsgálatok és összehasonlítások után választják ki a jobb hőmérsékletet és hűtési sebességet. nem ajánlott az újraolvasztási csúcshőmérséklet növelése, mert minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a NYÁK és a BGA hordozó deformációja.

    Hogyan erősítsük meg az alacsony hőmérsékletű paszta mechanikai szilárdságát?

    epoxigyanta ragasztó

    Jelenleg az alacsony hőmérsékletű forrasztási kötések megerősítésére a legmegvalósíthatóbb megoldás az alultöltés alkalmazása. Ez a megoldás már a CSP és a flip-chip megjelenésekor is létezett, majd később a BGA-ra is alkalmazták. Használjon epoxigyanta ragasztót a BGA vagy hasonló alkatrészek szélére, és használja a kapilláris hatás elvét, hogy a ragasztó behatoljon és kitöltse az alkatrész alját, majd melegítse és megszilárdítsa a hézagok kitöltésének és a forrasztókötések megerősítésének célját. Egyesek viszonylag nagy viszkozitású ragasztót használnak, hogy szelektíven a BGA négy sarkára (coner bond) vagy a BGA négy szélére (edge bond) mutassanak a rögzítés megerősítése érdekében.

    Itt jön az underfilm. Miután a lapot forraszpasztával nyomtatták, egy SMT-helyezőgépen keresztül (a forrasztási illesztések elkerülése mellett) a NYÁK BGA-pozíciójára helyezték, majd a BGA-t helyezték rá. A reflow kemence magas hőmérsékletét a hézag kitöltésére szolgáló fólia megolvasztására, majd hűtés után megszilárdítására használták. Meg kell azonban jegyezni, hogy az alátöltés csak a lap összeszerelése és a funkcióteszt után működik, míg az aláfóliát az SMT-folyamat során adják hozzá. Ha a termék hozamrátája nem magas, az utómunka nagyon zavaró lesz.

    Ezen túlmenően, az alacsony hőmérsékletű forraszanyagok alkalmazásának növekedésével, az idők függvényében úgynevezett epoxi paszta és epoxi fluxus is létezik. Az epoxipaszta epoxi hozzáadása a forraszpasztához, a forraszpaszta közvetlen nyomtatása és az újraáramlás után történő felmelegítése, de mivel a forraszpasztához adják hozzá, az adagolása nem lehet túl sok, és a BGA alkatrészek forrasztási szilárdsága korlátozott lehet. De ha csak chip-alkatrészekhez vagy LED-es világítólapokhoz, akkor még mindig kell, hogy legyen hatása.

    LED fénytáblák 

    Az epoxi fluxus a forraszpaszta nyomtatását és adagolását használja a szerelés előtt, ami egy kicsit hasonlít az alufóliához. Az epoxi hozzáadásának fenti két folyamatának hatásait még tovább kell ellenőrizni, és mindkettő a teszt előtt befejeződött. Az alulfill hozzáadása valóban erősítheti a BGA feszültségálló képességét, de csak késleltetheti a forraszanyag feszültség miatti repedezését, de nem gyógyíthatja meg teljesen. Vagyis egy bizonyos használati idő után a problémás forrasztási kötések még mindig problémákat fognak okozni. 

    Ezért a harang feloldásához,meg kell találni a forrasztási kötéseket érintő feszültségforrás minimalizálásának módját.

    Mely termékek képesek az alacsony hőmérsékletű forrasztási folyamat elfogadására?

    Most, hogy megtanultuk, hogy az alacsony hőmérsékletű forrasztási folyamat termékeinek forrasztott kötései viszonylag törékenyek és nem ellenállnak a stressznek, mindaddig, amíg az elektronikus termékek foglalkoztatási helyzete nem áll súlyos termikus stressz (magas és alacsony hőmérsékleti ciklus) változások vagy mechanikai stressz (csepp ütés) alatt. Ha nincs szükség hosszú távú élettartamú tervezési garanciára, akkor megfontolandó az alacsony hőmérsékletű pasztaeljárás alkalmazása. Végül is energiát és költséget takarít meg. Itt van néhány ipari irányadó hivatkozás az alacsony hőmérsékletű forraszanyag idézésére:

    A termék tervezési élettartama lehetőleg legfeljebb 5 év. Ajánlott az MTBF (Mean Time Between Failures, azaz a meghibásodások közötti átlagos idő) értékelését elvégezni.

    Jobb, ha a fődarabok rendelkeznek a forrasztási kötések kiegészítő védelmi mechanizmusával, például adagolóval vagy tömítéssel.

    forrasztási illesztések

    Jobb, ha az IO-alkatrészek további beillesztés elleni stressz elleni mechanizmussal rendelkeznek, mint például a túlbeillesztés elleni, rázkódás elleni és egyéb mechanizmuskialakítások.

    A termék működési feltételei a legjobbak 40˚C alatt, és a maximális üzemi hőmérséklet nem haladhatja meg a 85˚C-ot.

    Általában olyan beltéri környezetben használják, ahol nincsenek erős magas és alacsony hőmérséklet-ingadozások. Nem ajánlott járművekben vagy kültéri környezetben történő használatra.

    Jelenleg úgy látjuk, hogy az alacsony hőmérsékletű forrasztást leginkább a LED-lámpákban használják, és a mini-LED-et is használják egy kis részben, és néhány PC-iparág is értékelés alatt áll.

    Következtetés

    Az energiatakarékosság és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentése szempontjából az alacsony hőmérsékletű forraszpaszta-eljárás valóban energiatakarékosabb, és csökkentheti a magas hőmérsékletű műanyagokra vonatkozó alkatrészekre vonatkozó követelményeket, valamint költségmegtakarítást eredményezhet. A jelenlegi alacsony hőmérsékletű forraszpasztának azonban van egy végzetes hiányossága, mégpedig a gyenge megbízhatóság. 

    A forrasztási kötések viszonylag törékenyek, és nem lehet nagy hatása néhány kis alkatrészre, de néhány olyan alkatrész esetében, amelyeknek feszültségviselő követelményei vannak, mint például az I/O alkatrészek, vagy olyan termékek, amelyek külső erők hatására meghajlíthatják az áramköri lapot, vagy gyakran A rezgés vagy hőterhelés alatt álló termékek nem alkalmasak az alacsony hőmérsékletű forrasztási folyamatra. 

    Csak azt lehet mondani, hogy bár az alacsony hőmérsékletű forraszpaszta megfelelhet az energiatakarékosság és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének követelményeinek, még hosszú út áll előttünk, és talán az alacsony hőmérsékletű forraszanyag végül nem lesz képes teljesen helyettesíteni azt. SAC, valószínűbb, hogy az alacsony hőmérsékletű forraszanyag párhuzamosan SAC.

    GYIK

    Jelenleg a legismertebb alacsony hőmérsékletű forraszanyag az ón (Sn) ón-vizmut (SnBi) és ón-vizmut-ezüst (SnBiAg) ötvözete, amely ón (Sn) és bizmut (Bi) hozzáadásán alapul.
    Energiatakarékosság és szén-dioxid-kibocsátás csökkentése A magas hőmérsékletű anyagok iránti igény csökkentése A folyamat küszöbértékének csökkentése és a termelési hozam javítása
    A forrasztási kötések hosszú távú megbízhatósága gyenge. Az újraolvasztási folyamat során hajlamosak a forró szakadási hibák előfordulására.

    Kapcsolódó hozzászólások

    PCB Impedancia Board - Minden, amit tudnia kell

    PCB Impedancia Board - Minden, amit tudnia kell

    A PCB impedancia lapok a nagy teljesítményű elektronikus rendszerek gerincét alkotják, ahol a jelintegritás a legfontosabb. Ezeket a speciális nyomtatott áramköri lapokat aprólékosan tervezik és készítik ...
    Hogyan kell telepíteni egy ellenállást egy nyomtatott áramköri lapra

    Hogyan kell ellenállást telepíteni egy nyomtatott áramköri lapra?

    Az ellenállások alkalmazása a nyomtatott áramköri lapon (PCB) az áramköri tervezés fontos szempontja. Az ellenállás egy olyan alkatrész, amelyet a ...
    SMT PCB-szerelvény kicsomagolása - Surface Mount Technology

    SMT PCB-szerelvény kicsomagolása - Surface Mount Technology

    Ez a cikk demisztifikálja, hogy mi határozza meg az SMT PCB-összeszerelési folyamatokat, a gépeket, a költségstruktúrákat, az elődökkel szembeni előnyöket és a gyártási partnerek kiválasztási stratégiáit.
    Hagyományos PCB gyártás vs. Rapid Prototyping PCB - Részletes összehasonlítás

    Hagyományos PCB gyártás vs. Rapid Prototyping PCB - Részletes összehasonlítás

    Az elektronika folyamatosan fejlődő világában a nyomtatott áramköri lapok (PCB-k) létrehozása a termékfejlesztés kritikus szempontja. Legyen szó akár a fogyasztói ...
    Az IBE Electronics találkozik Önnel a CES (Consumer Electronics Show) 2024-en

    Az IBE Electronics találkozik Önnel a CES (Consumer Electronics Show) 2024-en

    Az IBE, mint az egyik globális ODM / OEM gyártó, amely tömeggyártási bázissal rendelkezik, meghívja Önt, hogy látogasson el a 2012&2014-es és a 2929-es standunkra januárban....
    Ajánlatkérés

    Leave a Comment

    Az e-mail címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük

    hu_HUHungarian
    Görgessen a tetejére