Введение
Во время работы бортовые платы управления железнодорожных транспортных средств подвергаются постоянным низкочастотным-вибрациям и внезапным-сотрясениям при высоких ускорениях. В таких условиях высокой-вибрации наиболее серьезной угрозой, с которой сталкивается производство печатных плат, является хрупкий разрушение паяных соединений. Этот тип разрушения обычно возникает на границе раздела интерметаллических соединений (IMC) между бессвинцовыми паяными соединениями и контактными площадками печатной платы. Оно характеризуется внезапным возникновением без предупреждения и может легко привести к прерыванию сигнала или сбоям управления в поездах. Чтобы улучшить виброусталостную долговечность материнских плат рельсового транспорта, фундаментальное решение заключается в оптимизации состава припоя с точки зрения микро-металлургии.
Механизм хрупкого разрушения при вибрационном напряжении: концентрация напряжений в слое ИМК
Во времяпайка оплавлениемНа этапе производства печатных плат олово в обычном-бессвинцовом припое вступает в реакцию с медью на поверхности печатной платы, неизбежно образуя слой интерметаллических соединений (IMC). Хотя эта эвтектическая структура служит связующим звеном для прочного механического соединения, по своей сути она является хрупким материалом. В течение срока службы оборудования железнодорожного транспорта на компоненты и подложку постоянно действуют сложные знакопеременные механические нагрузки. Из-за значительных различий в коэффициентах теплового расширения (КТР) и модулях упругости между подложкой печатной платы (FR-4) и керамическими компонентами или кремниевыми чипами механические деформационные напряжения, создаваемые вибрацией, становятся высококонцентрированными на интерфейсе IMC, толщина которого составляет всего несколько микрометров. Когда накопленное напряжение сдвига превышает прочность соединения на границах зерен, трещины быстро возникают и распространяются в поперечном направлении внутри IMC или на его границе с медной площадкой, вызывая мгновенное хрупкое расслоение паяного соединения.
Добавление следовых количеств висмута и сурьмы: усиление оловянной матрицы и улучшение зеренной структуры
Основными задачами оптимизации состава сплава являются противодействие-механическим вибрациям высокой интенсивности, улучшение микроструктуры припоя и замедление скорости распространения трещин. В производстве поверхностных-мониторных плат высокой-мощности для железнодорожного транспорта в настоящее время широко используются новые высоко-надёжные сплавы-на основе традиционного олова-серебра-меди (SAC), но с примесью следовых количеств висмута (Bi) и сурьмы (Sb) -. Введение висмута обеспечивает упрочнение твердого раствора, значительно повышая предел текучести самой матрицы припоя. В то же время добавление сурьмы замедляет скорость укрупнения зерна в условиях высоких-температур и напряжений, сохраняя мелкозернистую-микроструктуру. Более мелкие зерна приводят к существенному увеличению количества границ зерен. Когда вибрационные ударные волны распространяются в паяное соединение, эти многочисленные границы зерен эффективно рассеивают и поглощают энергию, заставляя микротрещины постоянно менять направление своего распространения и удлиняя путь к проникновению, тем самым продлевая динамическую усталостную долговечность паяного соединения более чем в 1,5 раза.
Синергетический эффект следовых количеств никеля и кобальта: изменение морфологии и толщины ИМК
Контролируя прочность кристаллической матрицы, важно непосредственно «утончать» и модифицировать микроструктуру слоя IMC-участка, где происходит хрупкое разрушение. Путем введения следовых количеств никеля (Ni) и кобальта (Co)-приблизительно 0,05 %- в сплав паяльной пасты можно существенно изменить кинетику роста межфазных интерметаллических соединений во время процесса оплавления. Никель может вытеснить часть меди, преобразуя первоначально грубый, веерообразный и неравномерно толстый эвтектический слой в более гладкую, плотную и однородную по толщине сложную кристаллическую структуру. Кобальт, с другой стороны, эффективно подавляет неконтролируемый рост хрупкого слоя плохого-качества, вызванный вторичной диффузией, вызванной повышением температуры во время последующей длительной-службы печатной платы. Строгий контроль общей толщины слоя ИМК в оптимальном диапазоне позволяет существенно снизить концентрацию напряжений на границе раздела и устранить условия, способствующие хрупкому разрушению.
В сочетании с технологией обработки поверхности: создание металлургического интерфейса, сочетающего жесткость и гибкость
Преимущества состава припоя должны идеально сочетаться как физически, так и химически с отделкой поверхности площадок печатной платы для достижения оптимальной виброустойчивости. Для материнских плат с высоким-высоким уровнем вибрации, как правило, не рекомендуется использовать гальваническое покрытие поверхности никелем-золотом (ENIG)-, которое может легко привести к появлению черных пятен и хрупкому разрушению-богатых фосфором слоев-. Вместо этого предпочтительнее использовать органический консервант для припоя (OSP) или иммерсионное серебро электронного-класса (Im-Ag). Обработка поверхности OSP позволяет разработанному высокоэффективному-припою вступать в прямой контакт с голой медью, образуя при этом эвтектический слой из чистой меди-олова.пайка оплавлениеми предотвращение искажения решетки на границе раздела, вызванного введением сторонних-атомов примесных металлов. Под этим металлургическим интерфейсом в сочетании с соответствующей толщиной конформного покрытия или локализованным недоливом формируется защитный механизм, уравновешивающий жесткость и гибкость,-при котором внешняя структура снимает напряжение, а внутренняя микроструктура поглощает энергию,-тем самым полностью исключая возможность хрупкого разрушения.
Решение проблемы хрупкого разрушения паяных соединений в условиях высокой-вибрации требует комплексного технического подхода, начиная от тонкой-настройки микроструктурного металлургического состава и заканчивая оптимизацией макроскопических параметров процесса.
Краткие факты о NeoDen
- Основана в 2010 году, имеет 200+ сотрудников и 27 000+ кв.м. Фабрика независимых прав собственности, чтобы обеспечить стандартное управление и достичь максимального экономического эффекта, а также сэкономить затраты.
- Владеет собственным обрабатывающим центром, квалифицированным сборщиком, тестером и инженерами по контролю качества, чтобы обеспечить сильные возможности для производства, качества и доставки машин NeoDen.
- Глобальные партнеры 40+ в Азии, Европе, Америке, Океании и Африке успешно обслуживают пользователей 10000+ по всему миру, обеспечивая более качественное и быстрое местное обслуживание и оперативное реагирование.
- 3 различные группы исследований и разработок, состоящие из 25+ профессиональных инженеров-исследователей, чтобы обеспечить лучшие и более продвинутые разработки и новые инновации.
- Квалифицированные и профессиональные инженеры по поддержке и обслуживанию на английском языке обеспечивают быстрый ответ в течение 8 часов, решение предоставляется в течение 24 часов.
- Единственный среди всех китайских производителей, зарегистрировавших и получивших сертификат CE от TUV NORD.
- NeoDen предоставляет пожизненную-техническую поддержку и обслуживание для всех машин NeoDen, а также регулярные обновления программного обеспечения, основанные на опыте использования и фактических ежедневных запросах конечных пользователей.