Почему был использован низкотемпературный припой

Почему был использован низкотемпературный припой
В прошлом, в ответ на директиву Европейского Союза об ограничении опасных веществ 2002/95/EC, RoHS, припой в процессе производства PCBA был заменен оловянно-свинцовым (SnPb) на оловянно-серебряно-медный (SAC) сплав, что, однако, относительно повышает температуру сварки припоя. В ответ на общую тенденцию энергосбережения и сокращения выбросов углерода, кажется, что все большее число компаний пытается преобразовать высокотемпературный процесс SAC в низкотемпературный процесс.
Оглавление
    Добавьте заголовок, чтобы начать генерировать оглавление

    Какой вид низкотемпературного припоя наиболее популярен

    Какой вид низкотемпературного припоя наиболее популярен

    Фактически, после перевода процесса пайки на сплав SAC, пиковая температура пайки на производственной линии SMT также выросла с первоначальных 220˚C до примерно 250˚C, а увеличение температуры пайки также означает, что часть материалов и производственных затрат снижается. Необходимость использования более устойчивых к высоким температурам материалов, самое большое изменение заключается в том, что инженерные пластиковые материалы, кроме того, высокая температура также ухудшает качество производства, например, материалы с большей вероятностью деформируются при высоких температурах и вызывают плохую сварку.

    В настоящее время наиболее известны низкотемпературный припой это сплав олово-висмут (SnBi) и олово-висмут-серебро (SnBiAg) на основе олова (Sn) с добавлением висмута (Bi).

    Преимущества низкотемпературного процесса пайки

    Энергосбережение и сокращение выбросов углекислого газа

    В процессе низкотемпературной пайки используется сплав припоя с более низкой температурой плавления, что приводит к снижению температуры, времени и энергопотребления.

    Снизить спрос на высокотемпературные материалы

    Использование материалов с более низкой термостойкостью выше комнатной температуры обычно означает снижение затрат на материалы в процессе низкотемпературной пайки

    Снижение порога процесса и повышение выхода продукции

    Замена сплава припоя с SAC на SnBi позволит снизить максимальную температуру в печи оплавления с 250˚C до примерно 175˚C, и, соответственно, скорость деформации печатной платы при высокой температуре также снизится примерно на 50%, что является одной из основных причин HIP/HoP пайки больших бессвинцовых деталей, таких как BGA и LGA, и разрыва MLCC.

     

    бессвинцовые детали, такие как BGA и LGA

    Недостатки низкотемпературного процесса пайки

    Долгосрочная надежность паяных соединений низкая

    Самым большим недостатком низкотемпературных припоев является то, что паяные соединения относительно хрупкие и склонны к растрескиванию олова из-за напряжения. По сравнению с припоями из сплавов SnPb и SAC, прочность припоя из сплава SnBi очень слаба к тепловому удару и ударному падению.

    Дефекты горячего разрыва склонны к возникновению в процессе дожигания

    При гибридной пайке шариками припоя SAC, бессвинцовой паяльной пастой SnBi и оловянно-свинцовым припоем на поверхности площадок печатных плат появляются горячие разрывы, особенно в BGA с предварительно спаянными паяльными соединениями деталей. Это происходит потому, что в процессе пайки шарик припоя SAC имеет высокую температуру плавления и его нелегко расплавить. 

    Даже после расплавления она затвердевает раньше в процессе охлаждения, в то время как паяльная паста SnBi обязательно расплавится в процессе расплавления и остынет. Она также затвердевает медленнее, чем SAC. Представьте себе, что в процессе охлаждения в печи оплавления шарики припоя BGA затвердели или вообще не расплавились, оставив лишь небольшую часть припоя SnBi в жидком состоянии. 

    В это время печатная плата и несущая плата BGA также постепенно восстанавливаются после высокотемпературной деформации. Когда зазор между несущей платой BGA и печатной платой имеет небольшую деформацию при высокой температуре и зазор становится больше после возвращения к температуре (восстановление деформации), он будет тянуть суспензию припоя SnBi, который еще не полностью затвердел, образуя таким образом рваные горячие - разрывные трещины.

    Какой температурный профиль следует использовать при смешивании шариков припоя BGA из сплава SAC с низкотемпературной паяльной пастой

    На самом деле, полезно сочетать низкотемпературную паяльную пасту, низкотемпературные припойные шарики и низкотемпературные профили одновременно, чтобы получить все преимущества низкотемпературной паяльной пасты и наилучший эффект и качество пайки. Однако, из-за отсутствия на рынке BGA с шариками низкотемпературного припоя, поэтому Производство печатных плат вынужден прибегнуть к низкотемпературной паяльной пасте и шарикам припоя BGA из сплава SAC.

    Если вы хотите достичь наилучшего эффекта качества SAC, смешанного с низкотемпературной паяльной пастой, вы должны найти способ уменьшить влияние горячего разрыва, а лучший профиль оплавления - следовать температурному профилю SAC, потому что высокотемпературный профиль может быть расплавлен, в то же время SAC и сплав SnBi позволяют SAC диффундировать в область сплава SnBi.

    SAC-сплав

    Таким образом, изменяя соотношение сплавов в формуле SnBi, можно немного увеличить температуру затвердевания области SnBi, и рекомендуется ускорить скорость охлаждения после пиковой температуры, особенно скорость между 217°C (SAC305) и 138°C (Sn42Bi58), цель состоит в том, чтобы позволить области пайки SnBi затвердеть сразу после затвердевания области пайки SAC в кратчайшие сроки. Но в этом случае все преимущества использования LTS будут потеряны, а прочность припоя будет не такой хорошей, как у сплава SAC, поэтому лучше использовать непосредственно паяльную пасту SAC.

    В большинстве случаев низкотемпературная паяльная паста используется потому, что детали не выдерживают высокотемпературного профиля SAC. В этом случае можно использовать только низкотемпературный профиль низкотемпературной паяльной пасты. Эксперты советуют максимально снизить пиковую температуру оплавления без ущерба для качества пайки. Целью является снижение нагрева печатной платы и носитель для расплавления платы во время повторной заливки.

    В то же время необходимо ускорить скорость охлаждения после пиковой температуры расплавления. Цель состоит в том, чтобы низкотемпературный припой затвердел до того, как деформация платы восстановится. Однако при чрезмерном ускорении скорости охлаждения может возникнуть риск ухудшения растрескивания припоя BGA. Для оценки, лучшая температура и скорость охлаждения выбираются после испытаний и сравнения надежности. Не рекомендуется увеличивать пиковую температуру пайки, так как чем выше температура, тем больше деформация печатной платы и носителя BGA.

    Как усилить механическую прочность низкотемпературной пасты

    клей на основе эпоксидной смолы

    В настоящее время более целесообразным решением по укреплению паяных соединений при низких температурах является использование подпайки. Это решение фактически существовало, когда появились CSP и флип-чипы, и позже было применено к BGA. Клей на основе эпоксидной смолы наносится на края BGA или аналогичных деталей и, используя принцип капиллярного действия, позволяет клею проникнуть и заполнить нижнюю часть детали, а затем нагревается и застывает для достижения цели заполнения зазоров и укрепления паяных соединений. Некоторые используют клей с относительно высокой вязкостью для выборочного нанесения на четыре угла BGA (конусное соединение) или четыре края BGA (краевое соединение) для усиления фиксации.

    Далее речь идет о подпленочном слое. После печати платы паяльной пастой она была помещена на место BGA печатной платы с помощью машины для укладки SMT (избегая паяных соединений), а затем на нее была помещена BGA. Высокая температура печи оплавления используется для расплавления пленки, чтобы заполнить зазор, а затем затвердевает после охлаждения. Однако следует отметить, что подзаполнение будет работать только после сборки платы и проверки работоспособности, в то время как подпленка добавляется в процессе SMT. Если коэффициент выхода продукта не высок, переделка будет очень хлопотной.

    Кроме того, с ростом применения низкотемпературных припоев появляются так называемые эпоксидные пасты и эпоксидные флюсы, изготавливаемые по мере необходимости. Эпоксидная паста - это добавление эпоксидной смолы в паяльную пасту, непосредственная печать паяльной пасты и нагрев ее после расплавления, но поскольку она добавляется в паяльную пасту, ее дозировка не может быть слишком большой, и прочность пайки деталей BGA может быть ограничена. Но если речь идет только о компонентах микросхем или светодиодных платах, он все равно должен иметь некоторый эффект.

    Светодиодные световые табло 

    Эпоксидный флюс использует печать и дозирование паяльной пасты перед монтажом, что немного похоже на подпленочное нанесение. Эффекты двух вышеуказанных процессов добавления эпоксидной смолы еще предстоит проверить, и оба они были завершены до начала испытаний. Добавление недолива действительно может усилить способность BGA противостоять стрессу, но оно может только отсрочить растрескивание припоя из-за стресса, но не может полностью его вылечить. То есть после некоторого периода эксплуатации проблемные паяные соединения все равно будут создавать проблемы. 

    Поэтому, чтобы развязать колокол, необходимо найти способ минимизировать источник напряжения, воздействующий на паяные соединения.

    Какие виды продукции можно использовать при низкотемпературной пайке

    Теперь, когда мы узнали, что паяные соединения продуктов низкотемпературного процесса пайки относительно хрупкие и не устойчивы к стрессу, пока ситуация занятости электронных продуктов не находится под сильным тепловым стрессом (высокий и низкий температурный цикл) изменения или механического стресса (падение удара). Если нет необходимости в долгосрочной гарантии долговечности конструкции, следует рассмотреть возможность использования низкотемпературного процесса нанесения пасты. В конце концов, это сэкономит энергию и затраты. Вот некоторые отраслевые рекомендации по использованию низкотемпературного припоя:

    Расчетный срок службы изделия предпочтительно составляет не более 5 лет. Рекомендуется провести оценку MTBF (среднее время между отказами).

    Лучше, если основные детали имеют дополнительный механизм защиты паяных соединений, например, дозирование или конопатку.

    паяные соединения

    Лучше, если детали IO имеют дополнительную конструкцию механизма против напряжения при вставке, например, механизм против перегрузки, против тряски и другие конструкции.

    Рабочее состояние изделия лучше всего при температуре ниже 40˚C, а максимальная рабочая температура не должна превышать 85˚C.

    Обычно используется в помещениях без резких перепадов высоких и низких температур. Не рекомендуется использовать в транспортных средствах или на открытом воздухе.

    В настоящее время видно, что низкотемпературный припой в основном используется в светодиодных лампах, а мини-светодиоды также используются в небольшой части, и некоторые отрасли ПК также находятся на стадии оценки.

    Заключение

    С точки зрения энергосбережения и сокращения выбросов углерода низкотемпературный процесс пайки паяльной пастой действительно более энергосберегающий, он также может снизить требования к деталям из высокотемпературных пластиковых материалов и сэкономить затраты. Однако у нынешней низкотемпературной паяльной пасты есть фатальный недостаток - низкая надежность. 

    Паяные соединения относительно хрупкие, и могут не оказывать большого влияния на некоторые мелкие детали, но для некоторых деталей, к которым предъявляются требования по выдерживанию напряжения, таких как детали ввода-вывода, или изделия, которые могут согнуть печатную плату после воздействия внешних сил, или часто изделия, подвергающиеся вибрации или термическому напряжению, не подходят низкотемпературные процессы пайки. 

    Можно только сказать, что хотя низкотемпературная паяльная паста может удовлетворить требования энергосбережения и сокращения выбросов углерода, еще предстоит долгий путь, и, возможно, низкотемпературный припой не сможет полностью заменить ее в конечном итоге. SAC, более вероятно, что низкотемпературный припой будет использоваться параллельно с SAC.

    ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

    В настоящее время наиболее известным низкотемпературным припоем является сплав олово-висмут (SnBi) и олово-висмут-серебро (SnBiAg) на основе олова (Sn) с добавлением висмута (Bi).
    Энергосбережение и сокращение выбросов углекислого газа Снижение спроса на высокотемпературные материалы Снижение порога технологического процесса и повышение выхода продукции
    Долгосрочная надежность паяных соединений невысока. В процессе пайки возникают дефекты горячего разрыва.

    Похожие посты

    Печатная плата импеданса - все, что вам нужно знать

    Печатная плата импеданса - все, что вам нужно знать

    Импедансные платы печатных плат являются основой высокопроизводительных электронных систем, в которых целостность сигнала имеет первостепенное значение. Эти специализированные печатные платы тщательно разрабатываются и изготавливаются ...
    Как установить резистор на печатную плату

    Как установить резистор на печатную плату?

    Применение резисторов на печатной плате (ПП) является важным аспектом проектирования схем. Резистор - это компонент, используемый для ограничения ...
    Распаковка SMT-сборки печатных плат - Технология поверхностного монтажа

    Распаковка SMT-сборки печатных плат - Технология поверхностного монтажа

    В этой статье рассказывается о том, что определяет процессы SMT-сборки печатных плат, оборудование, структуру затрат, преимущества перед предшественниками и стратегии выбора партнеров-производителей.
    Традиционное производство печатных плат и быстрое прототипирование печатных плат - подробное сравнение

    Традиционное производство печатных плат и быстрое прототипирование печатных плат - подробное сравнение

    В постоянно развивающемся мире электроники создание печатных плат (ПП) является одним из важнейших аспектов разработки продукции. Будь то потребительские ...
    IBE Electronics встретится с вами на выставке CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics встретится с вами на выставке CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Как один из глобальных ODM/OEM производителей с массовой производственной базой, IBE приглашает вас посетить наш стенд 2012&2014 и стенд 2929 в январе ...
    Запрос Цитировать

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    ru_RURussian
    Прокрутка к началу