вступ
Під час роботи бортові головні плати керування залізничними транспортними засобами зазнають безперервної низькочастотної-вібрації та раптових високих-прискорень. В умовах високої-вібрації найбільш критичною загрозою для виробництва друкованих плат є крихке руйнування паяних з’єднань. Цей тип руйнування зазвичай виникає на межі інтерметалічної сполуки (IMC) між з’єднаннями, що не містять свинцю, і контактними майданчиками друкованої плати. Він характеризується раптовим початком без попередження і може легко призвести до перерв сигналу або збоїв керування в поїздах. Щоб покращити втомну вібрацію материнських плат залізничного транспорту, фундаментальне рішення полягає в оптимізації складу сплаву припою з мікро-металургійної точки зору.
Механізм крихкого руйнування під впливом вібрації: концентрація напруги в шарі IMC
Під часпайка оплавленнямНа етапі виробництва друкованої плати олово у звичайному безсвинцевому припої реагує з міддю на поверхні друкованої плати, неминуче утворюючи шар інтерметалічних сполук (IMC). Хоча ця евтектична структура служить зв’язком для міцного механічного з’єднання, вона за своєю суттю є крихким матеріалом. Протягом терміну служби залізничного транспортного обладнання на компоненти та підкладку постійно діють складні змінні механічні напруги. Через значні відмінності в коефіцієнтах теплового розширення (CTE) і модулях пружності між підкладкою друкованої плати (FR-4) і керамічними компонентами або кремнієвими чіпами механічні деформаційні напруги, створювані вібрацією, стають висококонцентрованими на межі розділу IMC, товщина якої становить лише кілька мікрометрів. Коли накопичена напруга зсуву перевищує міцність з’єднання на межах зерен, тріщини швидко починаються та поширюються вбік усередині IMC або на його межі з мідною прокладкою, викликаючи миттєве крихке розшарування паяного з’єднання.
Додавання слідових кількостей вісмуту та сурми: зміцнення олов’яної матриці та покращення зернистої структури
Щоб протидіяти високо{0}}механічній вібрації, покращення мікроструктури сплаву припою та уповільнення швидкості поширення тріщин є основними цілями оптимізації складу сплаву. У поверхневому-виробництві високо-потужних материнських плат для залізничного транспорту зараз широко використовуються нові високо-сплави-на основі традиційного олова-срібла-міді (SAC), але з додаванням слідових кількостей вісмуту (Bi) і сурми (Sb) -. Введення вісмуту забезпечує зміцнення твердого розчину, значно підвищуючи межу текучості самої матриці припою. Водночас додавання сурми сповільнює швидкість укрупнення зерен за високих-температур і навантажень, зберігаючи дрібно{12}}мікроструктуру. Більш дрібні зерна призводять до значного збільшення кількості меж зерен. Коли вібраційні ударні хвилі поширюються в паяному з’єднанні, ці численні межі зерен ефективно розсіюються та поглинають енергію, змушуючи мікротріщини безперервно змінювати свій напрямок поширення та подовжуючи свій шлях до проникнення, таким чином подовжуючи динамічний втомний термін служби паяного з’єднання більш ніж у 1,5 рази.
Синергічний ефект слідових кількостей нікелю та кобальту: зміна морфології та товщини IMC
Контролюючи міцність кристалічної матриці, важливо безпосередньо «потоншити» та модифікувати мікроструктуру шару IMC-місця, де відбувається крихке руйнування. Додавши слідові кількості нікелю (Ni) і кобальту (Co)-приблизно 0,05%-у сплав паяльної пасти, кінетику росту міжфазних інтерметалічних сполук під час процесу оплавлення можна суттєво змінити. Нікель може витіснити частину міді, перетворюючи початково грубий, віялоподібний і нерівномірно товстий евтектичний шар у більш гладку, щільнішу та рівномірно товсту композитну кристалічну структуру. Кобальт, з іншого боку, ефективно пригнічує неконтрольоване зростання низькоякісного крихкого шару, спричиненого вторинною дифузією, спричиненою підвищенням температури під час подальшої тривалої-служби PCBA. Суворий контроль загальної товщини шару IMC в оптимальному діапазоні може значно зменшити концентрацію напруги на межі розділу та усунути умови, що сприяють крихкому руйнуванню.
У поєднанні з технологією обробки поверхні: створення металургійного інтерфейсу, який врівноважує жорсткість і гнучкість
Переваги композиції припою повинні бути ідеально узгоджені, як фізично, так і хімічно, з обробкою поверхні контактних площадок друкованої плати для досягнення оптимальної стійкості до вібрації. Для високо-вібраційних шинних материнських плат гальванічне нікелеве{2}}золото (ENIG) покриття поверхні-, яке може легко спричинити явище чорної колодки та крихке руйнування -шарів, багатих-фосфором, зазвичай не рекомендується. Замість цього краще використовувати органічний консервант для припою (OSP) або іммерсійне срібло електронного-класу (Im-Ag). Обробка поверхні OSP дозволяє високоефективному-припою вступати в безпосередній контакт із голою міддю, утворюючи евтектичний шар чистої міді-олова під часпайка оплавленнямі запобігання викривленню решітки на межі розділу, спричиненому введенням сторонніх-атомів домішок металу. Під цим металургійним інтерфейсом у поєднанні з відповідною товщиною конформного покриття або локального заповнення формується захисний механізм, який врівноважує жорсткість і гнучкість-де зовнішня структура знімає напругу, а внутрішня мікроструктура поглинає енергію-, таким чином повністю усуваючи можливість крихкого руйнування.
Подолання проблеми крихкого руйнування паяного з’єднання в умовах високої-вібрації вимагає комплексного технічного підходу, починаючи від тонкого-настроювання мікроструктурного металургійного складу до оптимізації макроскопічних параметрів процесу.
Короткі факти про NeoDen
- Заснована в 2010 році з 200+ співробітниками та 27000+ кв.м. фабрика незалежних прав власності, щоб забезпечити стандартне управління та досягти найбільшого економічного ефекту, а також економії витрат.
- Володів власним обробним центром, кваліфікованим складальником, тестувальником та інженерами з контролю якості, щоб забезпечити потужні можливості для виробництва, якості та доставки машин NeoDen.
- 40+ глобальні партнери в Азії, Європі, Америці, Океанії та Африці, щоб успішно обслуговувати 10000+ користувачів у всьому світі, щоб забезпечити краще та швидше місцеве обслуговування та оперативну відповідь.
- 3 різні групи науково-дослідних робіт із загальною кількістю 25+ професійних інженерів-дослідників для забезпечення кращих і досконаліших розробок і нових інновацій.
- Кваліфіковані та професійні англійські інженери підтримки та обслуговування, щоб забезпечити швидку відповідь протягом 8 годин, рішення надають протягом 24 годин.
- Унікальний серед усіх китайських виробників, які зареєстрували та схвалили CE від TUV NORD.
- NeoDen забезпечує -довільну технічну підтримку та обслуговування для всіх машин NeoDen, крім того, регулярні оновлення програмного забезпечення на основі досвіду використання та фактичних щоденних запитів від кінцевих користувачів.