Varför man har använt lågtemperaturlödning?

Varför man har använt lågtemperaturlödning?
Tidigare har lödningen i PCBA-processen ändrats från tenn-bly (SnPb) till tenn-silver-koppar (SAC)-legeringar som svar på Europeiska unionens direktiv 2002/95/EG om begränsning av farliga ämnen (RoHS), vilket dock leder till en relativ ökning av lödningens svetstemperatur. Som svar på den allmänna trenden med energibesparingar och kolminskningar verkar det som om allt fler företag försöker omvandla SAC-processen med hög temperatur till en lågtemperaturprocess.
Innehållsförteckning
    Lägg till en rubrik för att börja generera innehållsförteckningen

    Vilken typ av lågtemperaturlödning är mest populär?

    Vilken typ av lågtemperaturlödning är mest populär?

    Efter att lödprocessen överfördes till SAC-legering ökade den högsta reflowtemperaturen för SMT-produktionslinjen från den ursprungliga 220˚C till cirka 250˚C, och ökningen av lödningstemperaturen innebär också att en del av material- och produktionskostnaderna minskar. Behovet av att använda mer högtemperaturbeständiga material, den största förändringen är att de tekniska plastmaterialen, dessutom försämrar hög temperatur också produktionskvaliteten, till exempel är material mer benägna att deformeras vid höga temperaturer och orsaka dålig svetsning.

    För närvarande är den mest kända Lödning vid låg temperatur är en legering av tenn-bismut (SnBi) och tenn-bismut-silver (SnBiAg) baserad på tenn (Sn) med tillsats av bismut (Bi).

    Fördelar med lödprocessen vid låg temperatur

    Energibesparing och minskning av koldioxidutsläpp

    I lågtemperaturlödprocessen används en lodlegering med lägre smältpunkt, vilket leder till att temperaturen, tiden och energiförbrukningen minskar.

    Minska efterfrågan på högtemperaturmaterial.

    The use of materials with lower temperature resistance above room temperature usually means lower material costs during low temperature solder process.

    Sänka tröskelvärdet för processen och förbättra produktionsutnyttjandet

    Genom att byta lodlegering från SAC till SnBi minskas den maximala temperaturen i reflowugnen från 250˚C till cirka 175˚C, och på motsvarande sätt minskas deformationen av kretskortet vid hög temperatur med cirka 50%, vilket är en av huvudorsakerna till HIP/HoP-lödning av stora blyfria delar som BGA och LGA och MLCC-bristningar.

    blyfria delar som BGA och LGA

    Nackdelar med lödprocessen vid låg temperatur

    Lödfogarnas tillförlitlighet på lång sikt är dålig.

    Den största nackdelen med lågtemperaturlod är att lödfogarna är relativt sköra och benägna att spricka på grund av spänningar. Jämfört med lod av SnPb- och SAC-legering är lödstyrkan hos SnBi-legeringen mycket svag mot termiska chocker och slagfall.

    Defekter som uppstår vid varmrivning är benägna att uppstå i reflowprocessen.

    Hot-tearing tends to appear on the surface of PCB pads in the hybrid soldering process of SAC solder balls, SnBi solder paste lead-free and tin-lead, especially in BGA with pre-soldered part solder joints. This is because during the soldering process, the SAC solder ball has a high melting point and is not easy to melt.

    Även efter smältningen kommer den att stelna tidigare under kylningsprocessen, medan SnBi-lödpastan definitivt kommer att smälta under reflowprocessen och svalna. Den härdar också långsammare än SAC. Föreställ dig att BGA-lodkulorna har stelnat eller inte smält alls under reflow-ugnens kylningsprocess och att endast en liten del av SnBi-lodet är kvar i slamform.

    Vid den här tiden återhämtar sig även PCB och BGA-bordet gradvis från deformationen vid hög temperatur. När gapet mellan BGA-bärkortet och kretskortet har en liten deformation vid hög temperatur och gapet blir större efter att ha återgått till temperaturen (deformationsåterhämtning), kommer det att dra åt sig SnBi-lödningen som ännu inte har härdat helt och hållet, och på så sätt bilda en riven varm -rivningsreva.

    Vilken typ av temperaturprofil bör användas när BGA-lödkulor av SAC-legering blandas med lågtemperaturlödpasta?

    Det är faktiskt bra att kombinera lågtemperaturlödpasta, lågtemperaturlödkulor och lågtemperaturprofiler samtidigt, för att få alla fördelar med lågtemperaturlödpasta och bästa lödningseffekt och kvalitet. Men eftersom det saknas BGA:er med lågtemperaturlödkulor på marknaden, så Tillverkning av PCB måste använda lågtemperaturlödpasta och BGA-lödkulor av SAC-legering.

    Om du vill uppnå bästa kvalitetseffekt av SAC blandat med lågtemperaturlödpasta måste du hitta ett sätt att minska effekterna av varmrivning, och den bästa reflowprofilen är att följa temperaturprofilen för SAC, eftersom profilen med hög temperatur kan smälta, samtidigt som SAC och SnBi-legering tillåter SAC att diffundera in i SnBi-legeringsområdet.

    SAC-legering

    Genom att ändra legeringskvoten för SnBi-formeln, vilket kan öka stelningstemperaturen för SnBi-området något, och det rekommenderas att påskynda kylningshastigheten efter topptemperaturen, särskilt hastigheten mellan 217 °C (SAC305) och 138 °C (Sn42Bi58), för att låta SnBi-lödområdet stelna omedelbart efter att SAC-lödområdet stelnar på kortast möjliga tid. Men på detta sätt går alla fördelar med att använda LTS förlorade, och lödstyrkan är inte lika bra som för SAC-legering, så det är bättre att använda SAC-lödpasta direkt.

    I de flesta fall där lågtemperaturlödpasta används beror det på att delarna inte klarar av SAC:s höga temperaturprofil. I detta fall kan endast lågtemperaturprofilen för lågtemperaturlödpasta användas. Experter föreslår att topptemperaturen för reflow bör minskas så mycket som möjligt utan att lödkvaliteten påverkas. Syftet är att minska värmen i PCB och reflowbärare kortet under återflödet.

    Samtidigt är det nödvändigt att påskynda kylningshastigheten efter topptemperaturen för reflow. Syftet är att stelna lågtemperaturlödet innan deformationen av kretskortet återhämtar sig. Om kylningshastigheten är överdrivet accelererad kan det dock finnas risk för att förvärra sprickbildningen i BGA-lodet. För utvärdering väljs en bättre temperatur och kylhastighet efter tillförlitlighetstester och jämförelser. det rekommenderas inte att öka den högsta reflowtemperaturen, eftersom ju högre temperatur desto större deformation av PCB och BGA-bärare.

    Hur man förstärker den mekaniska styrkan hos pastan vid låg temperatur

    epoxihartslim

    För närvarande är den mest genomförbara lösningen för förstärkning av lödfogar vid låga temperaturer att använda underfyllning. Denna lösning fanns faktiskt redan när CSP och flip-chip dök upp och tillämpades senare på BGA. Man använder epoxihartslim för att peka på kanten av BGA eller liknande delar, och använder principen om kapillär verkan för att låta limmet tränga in och fylla ut undersidan av delen, och sedan värma och stelna för att uppnå syftet att fylla luckor och förstärka lödfogar. Vissa använder lim med relativt hög viskositet för att selektivt peka på BGA:s fyra hörn (coner bond) eller BGA:s fyra kanter (edge bond) för att förstärka fixeringen.

    Här kommer vi till underfilm. Efter att kortet hade tryckts med lödpasta placerades det på BGA-positionen på PCB:n med hjälp av en SMT-placeringsmaskin (för att undvika lödfogar), och sedan placerades BGA:n på det. Den höga temperaturen i reflowugnen används för att smälta filmen för att fylla ut springan och sedan stelna efter kylning. Det bör dock noteras att underfyllningen fungerar först efter montering av kretskortet och funktionstestet, medan underfilmen läggs till under SMT-processen. Om produktens avkastningsgrad inte är hög kommer omarbetning att bli mycket besvärlig.

    I och med den ökade användningen av lågtemperaturlödning finns det dessutom s.k. epoxipastor och epoxiflux som tillverkas i takt med att tiden kräver det. Epoxipasta innebär att man tillsätter epoxi till lödpastan, skriver ut lödpastan direkt och värmer den efter återflödet, men eftersom den tillsätts till lödpastan kan doseringen inte vara för stor, och lödstyrkan hos BGA-delarna kan vara begränsad. Men om det bara är för chipkomponenter eller LED-lampor bör det ändå ha en viss effekt.

    LED-ljustavlor 

    Epoxiflux använder sig av lödpasta som skrivs ut och distribueras före montering, vilket är lite likt underfilm. Effekterna av de två ovan nämnda processerna för att tillsätta epoxi har ännu inte verifierats ytterligare, och båda har avslutats före testet. Att lägga till underfyllning kan visserligen stärka BGA:ns förmåga att motstå påfrestningar, men det kan bara fördröja lötenas sprickbildning på grund av påfrestningar, men kan inte helt bota den. Det vill säga, efter en tids användning kommer de problematiska lödfogarna fortfarande att orsaka problem. 

    För att lösa upp klockan är det därför nödvändigt att hitta ett sätt att minimera källan till den stress som påverkar lödfogarna.

    Vilken typ av produkter kan använda sig av lågtemperaturlödprocessen?

    Nu när vi har lärt oss att lödfogarna i produkter med lågtemperaturlödning är relativt sköra och inte motståndskraftiga mot stress, så länge som de elektroniska produkternas användningssituation inte är utsatt för allvarliga termiska förändringar (hög- och lågtemperaturcykler) eller mekanisk stress (fallpåverkan). Om det inte finns något behov av en konstruktionsgaranti för lång livslängd bör man överväga att använda lågtemperaturpastaprocessen. Det sparar trots allt energi och kostnader. Här finns några branschriktlinjer för att citera lågtemperaturlödning:

    Produktdesignens livslängd är helst inom 5 år eller mindre. Det rekommenderas att man gör en MTBF-utvärdering (Mean Time Between Failures).

    Det är bättre om huvuddelarna har en extra skyddsmekanism för lödfogar, t.ex. dispensering eller tätning.

    lödfogar

    Det är bättre om IO-delarna har en extra mekanism för att förhindra att spänningar uppstår, t.ex. en mekanism som förhindrar överinläggning och skakningar och andra mekanismer.

    Produktens driftförhållanden är bäst under 40˚C och den högsta driftstemperaturen bör inte överstiga 85˚C.

    Den används i allmänhet i inomhusmiljöer utan stora variationer i höga och låga temperaturer. Rekommenderas inte för användning i fordon eller utomhusmiljöer.

    För närvarande används lågtemperaturlödning främst i LED-lampor, och mini-LED används också i en liten del. Vissa PC-industrier utvärderas också.

    Slutsats

    Med tanke på energibesparing och minskning av koldioxidutsläpp är processen med lågtemperaturlödpasta verkligen mer energibesparande, och den kan också minska kraven på delar av högtemperaturplastmaterial och spara kostnader. Den nuvarande lågtemperaturlödpastan har dock en ödesdiger brist, nämligen den dåliga tillförlitligheten. 

    Lödfogar är relativt sköra och kan inte ha någon större inverkan på vissa små delar, men för vissa delar som har krav på spänningshållning, t.ex. I/O-delar eller produkter som kan böja kretskortet efter att ha utsatts för yttre krafter, eller ofta produkter som utsätts för vibrationer eller termisk påfrestning, lämpar sig inte lågtemperaturlödprocessen. 

    Man kan bara säga att även om lågtemperaturlödpasta kan uppfylla kraven på energibesparing och minskning av koldioxidhalten är det fortfarande en lång väg kvar att gå, och kanske kommer lågtemperaturlödpasta inte att kunna ersätta den helt och hållet i slutändan. SAC, mer troligt är det att lågtemperaturlödet kommer att vara parallellt med SAC.

    VANLIGA FRÅGOR

    För närvarande är det mest välkända lågtemperaturlodet en legering av tenn-bismut (SnBi) och tenn-bismut-silver (SnBiAg) baserad på tenn (Sn) med tillsats av bismut (Bi).
    Energibesparing och minskning av koldioxidutsläpp Minska efterfrågan på högtemperaturmaterial. Sänka tröskeln för processen och förbättra produktionsutnyttjandet.
    Lödfogarnas tillförlitlighet på lång sikt är dålig. Det är vanligt att det uppstår defekter vid varmförslitning i reflowprocessen.

    Relaterade inlägg

    Understanding Dielectric Constant in PCBs: The Key to High-Performance Circuitry

    Understanding Dielectric Constant in PCBs: The Key to High-Performance Circuitry

    When it comes to designing high-performance printed circuit boards (PCBs), understanding the role of dielectric constant is paramount. Often referred to as relative permittivity (εr), ...
    Introduction to DIP Package : Understanding the Basics

    Introduction to DIP Package : Understanding the Basics

    DIP package (Dual Inline Package) is a type of electronic component packaging used for integrated circuits (ICs), such as microcontrollers, memory chips, and operational amplifiers, ...
    Introduction to Through Hole Technology

    Introduction to Through Hole Technology – THT in Electronics Assembly

    Through-Hole Technology is another type of component assembly technique. Its name comes from its working principle: the leads of the components pass through holes drilled ...
    How to use PCB copper foil in electronic manufacturing?

    How to use PCB copper foil in electronic manufacturing?

    PCB copper foil stands as the backbone of modern electronics, quietly but indispensably enabling the functionality of myriad devices. Comprising thin, flat sheets of copper, ...
    Exploring PCB annular ring : function, composition, and process

    Exploring PCB annular ring : function, composition, and process

    PCB annular rings are crucial for ensuring reliable solder joints, stable component mounting, and proper signal transmission or power delivery on the PCB. In this ...
    Begär en offert

    Lämna en kommentar

    Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *

    sv_SESwedish
    Bläddra till toppen