Perkenalan
Skenario aplikasi ekstrem seperti inverter kendaraan energi baru, pengisi daya terpasang (OBC), dan inverter penyimpanan energi fotovoltaik mendorong keandalan manufaktur PCBA ke batas fisik baru. Saat beroperasi dengan daya tinggi, suhu sambungan produk ini sering kali tetap berada dalam-kisaran suhu tinggi 125 derajat hingga 150 derajat untuk waktu yang lama. Di bawah pengaruh gabungan tekanan termal dan mekanis yang terus-menerus, paduan solder bebas timbal mengalami deformasi plastis yang lambat dan permanen yang dikenal sebagai "creep". Setelah creep terakumulasi sampai batas tertentu, hal ini menyebabkan terbentuknya retakan mikroskopis pada sambungan solder, yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan kelelahan. Menganalisis mekanisme mulur paduan solder dan menerapkan intervensi proses yang tepat selama pembuatan PCBA merupakan hal mendasar untuk memastikan-pengoperasian elektronik energi baru yang andal dalam jangka panjang.
Mekanisme Solder Creep: Slip Batas Butir pada Logam di Bawah Tekanan-Suhu Tinggi
Paduan solder bebas timbal (seperti SAC305 yang umum digunakan, paduan timah-perak-tembaga yang mengandung 3,0% perak dan 0,5% tembaga) memiliki titik leleh sekitar 217 derajat . Menurut prinsip mekanika material, ketika suhu operasi logam melebihi 50% titik leleh absolutnya (diukur dalam Kelvin), efek mulur akan diaktifkan secara signifikan. Pada 125 derajat (sekitar 398 K), suhu homolog solder SAC305 mencapai 0,81, jauh melebihi ambang batas mulur 0,5. Artinya, bahkan dalam tekanan yang sangat rendah-seperti tegangan geser yang disebabkan oleh ketidakcocokan koefisien muai panas (CTE) antara PCB dan chip-butir logam matriks timah dalam sambungan solder akan mengalami slip timbal balik yang lambat dan difusi atom di sepanjang batas butir. Penggunaan suhu tinggi yang berkepanjangan menyebabkan butiran menjadi kasar di dalam sambungan solder, dengan rongga mikroskopis terakumulasi pada batas butiran dan berkembang menjadi retakan makroskopis. Ini adalah penyebab teknis mendasar dari kontak listrik yang buruk atau sirkuit terbuka yang terputus-putus pada rakitan PCBA energi baru.
Modifikasi Paduan melalui Doping Elemen Jejak: Meningkatkan Efek Penyematan Batas Butir
Karena solder tradisional-bebas timbal kesulitan menahan kerusakan akibat mulur pada suhu tinggi yang berkepanjangan, penggunaan material paduan baru dengan ketahanan mulur yang unggul adalah strategi inti untuk mengatasi tantangan ini dalam manufaktur PCBA saat ini. Produksi papan inti untuk aplikasi energi baru secara bertahap menggunakan solder dengan keandalan{2}}tinggi yang diolah dengan elemen jejak (seperti bismut (Bi), antimon (Sb), nikel (Ni), dan kobalt (Co)), dengan paduan Innolot sebagai contoh umumnya. Dengan memasukkan elemen jejak ini ke dalam matriks timah, fase dispersi fase kedua yang halus dan terdistribusi secara merata terbentuk di dalam logam. Saat mulur terjadi pada sambungan solder, partikel keras ini bertindak sebagai "efek penyematan" pada batas butir, yang secara efektif menghambat slip butir logam dan gerakan-dislokasi mikro. Data eksperimen menunjukkan bahwa dalam uji penuaan termal pada suhu 150 derajat , kekuatan tarik dan umur mulur suhu tinggi paduan Innolot lebih dari dua kali lipat dari standar SAC305, sehingga memberikan penghalang mikrostruktur yang kuat untuk papan induk inverter energi baru.
Penyolderan Aliran UlangKontrol Laju Pendinginan: Mengoptimalkan Ukuran Butir Awal
Selain komposisi solder itu sendiri, kontrol termodinamika selama proses pembuatan PCBA secara langsung menentukan kemampuan struktur mikro awal untuk menahan mulur. Laju pendinginan dalam proses penyolderan reflow merupakan parameter kontrol utama. Teknisi harus secara ketat mengontrol laju pendinginan selama fase pendinginan antara 3,5 derajat dan 5,5 derajat per detik. Pendinginan yang cepat memaksa logam cair mengeras dengan cepat, menghasilkan struktur mikro eutektik yang halus, padat, dan terdistribusi secara merata yang menekan pembentukan kristal tunggal yang kasar. Karena struktur mikro-berbutir halus memiliki batas butir yang lebih banyak, struktur mikro tersebut memberikan kekuatan mekanik yang lebih baik pada suhu kamar; lebih jauh lagi, selama tahap awal creep{7}}suhu tinggi, struktur mikro yang padat menunda nukleasi dan perluasan rongga. Jika laju pendinginan terlalu lambat (misalnya, di bawah 2,0 derajat per detik), senyawa kasar seperti jarum Ag₃Sn akan mengendap di dalam sambungan solder. Selama layanan-jangka panjang-suhu tinggi berikutnya, area di sekitar partikel kasar ini sangat rentan menjadi titik konsentrasi tegangan dan akan menjadi titik pertama yang menyebabkan keretakan mulur.
Underfill Curing: Transfer dan Dispersi Stres Eksternal
Dengan merestrukturisasi distribusi tegangan eksternal di area penyolderan, beban mulur yang ditanggung oleh paduan solder dapat dikurangi secara efektif dan masa pakai PCBA secara keseluruhan dapat diperpanjang. Untuk perangkat paket berukuran-bersuhu tinggi dan berukuran besar yang membawa arus tinggi pada motherboard kendaraan energi baru (seperti modul IGBT dan BGA berukuran-besar), produsen biasanya menerapkan proses pengisian bagian bawah setelahnyamengalir kembaliovenpematerian. Menggunakan mesin penyalur presisi-tinggi, resin epoksi-modulus tinggi dan rendah-CTE disuntikkan di bawah chip. Melalui aksi kapiler, ia mengisi celah antara komponen dan PCB dan mengalami proses pengawetan termal. Lapisan resin yang diawetkan mengikat erat chip ke papan, membentuk unit yang kaku dan terintegrasi. Ketika kenaikan suhu menyebabkan ketidaksesuaian CTE, sebagian besar tegangan geser diserap dan disebarkan oleh matriks resin luar, sehingga secara drastis mengurangi beban fisik yang diterapkan pada sambungan pasta solder. Hal ini menunda permulaan fase mulur termal untuk paduan solder pada tingkat struktural.
Mengatasi tantangan mulur yang terkait dengan paduan solder memerlukan pendekatan multi-dimensi yang komprehensif yang mencakup pemilihan metalurgi, kontrol suhu oven, dan penguatan struktur.
Fakta singkat tentang NeoDen
- Didirikan pada tahun 2010, 200 + karyawan, 27000+ Sq.m. pabrik.
- Produk NeoDen:Mesin PnP Seri Berbeda, NeoDen YY1, NeoDen4 ,NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven IN Series, serta SMT Line lengkap mencakup semua peralatan SMT yang diperlukan.
- 10000+ pelanggan sukses di seluruh dunia.
- 40+ Agen Global meliputi Asia, Eropa, Amerika, Oseania, dan Afrika.
- Pusat Litbang: 3 departemen Litbang dengan 25+ insinyur Litbang profesional.
- Terdaftar di CE dan mendapat 70+ paten.
- 30+ insinyur kontrol kualitas dan dukungan teknis, 15+ penjualan internasional senior, untuk respons pelanggan yang tepat waktu dalam waktu 8 jam, dan solusi profesional yang diberikan dalam waktu 24 jam.