Einführung
Ultra-Spannungsübertragungs- und Smart-Grid-Steuerungsgeräte arbeiten das ganze-Jahr über in Hoch-spannungsumgebungen mit mehreren Zehntausend Volt. Die Herstellung dieser PCBA-Baugruppen stellt weitaus strengere Anforderungen an die elektrische Isolierung, die Effizienz der Wärmeableitung und die mechanische Festigkeit als diejenigen für Unterhaltungselektronik, die bei Raumtemperatur betrieben wird. Beim SMT-Prozess ist die Bildung mikroskopischer Hohlräume unter großen BGAs, unbedrahteten QFNs und Leistungs-MOSFETs (z. B. DFNs) sehr anfällig. Unter dem Einfluss elektrischer Hochspannungsfelder können diese in den Lötstellen verborgenen Hohlräume eine lokale Konzentration des elektrischen Feldes verursachen, den dielektrischen Durchschlag beschleunigen oder aufgrund eines Anstiegs des Wärmewiderstands zum Durchbrennen des Chips führen. Während des gesamten PCBA-Herstellungsprozesses für Hochspannungs-Stromübertragungsplatinen werden strenge Standards zur Blasentiefenkontrolle festgelegthochpräzise 3D-Röntgenstrahlung (AXI)ist die Kernmethode zur vollständigen Vermeidung verzögerter vorübergehender Ausfälle.
Mechanismus der Blasengefahr unter Hochspannungsbedingungen: Lokalisierte Konzentration des elektrischen Feldes und Akkumulation des thermischen Widerstands
Blasen in Lötstellen sind im Wesentlichen Hohlräume, die entstehen, wenn restliche flüchtige Gase nicht rechtzeitig aus der Zwischenschicht entweichen. Obwohl diese Blasen bei herkömmlichen Niederspannungs-PCBA-Tests als leitende Pfade erscheinen, stellen sie unter Hoch--- und Ultra--Hochspannung--Spannungsbedingungen eine versteckte Gefahr dar. Diese mit Luft oder Flussmittelverflüchtigungsrückständen gefüllten Blasen haben eine Dielektrizitätskonstante, die weit unter der der umgebenden Zinnlegierung liegt. Wenn transiente Spannungen von Hunderten oder sogar Tausenden Volt durch das Pad fließen, kommt es an den Rändern der Blasen zu einer extremen elektrischen Feldspannungskonzentration, da die Verteilung der elektrischen Feldstärke umgekehrt proportional zur Dielektrizitätskonstante ist. Bei längerer Einwirkung solch hoher Spannung und starker elektrischer Felder können Mikroentladungen (lokaler Durchschlag) induziert werden, die wiederum leitende Pfade bilden, bis die Lötstelle vollständig zerstört ist. Wenn außerdem großflächige Blasen im zentralen Wärmeableitungspad auf der Unterseite von Geräten wie QFNs vorhanden sind, steigt deren gesamter Wärmewiderstand exponentiell an. Die von Leistungschips erzeugte Wärme kann nicht schnell durch die Kupferfolie auf der Unterseite der Leiterplatte abgeleitet werden, was dazu führt, dass die Sperrschichttemperatur weiter über den kritischen Schwellenwert von 150 Grad ansteigt und letztendlich zu einem thermischen Durchgehen führt.
Neuer Qualitätsstandard für3D-Röntgen (AXI): Mehrdimensionale quantitative Bewertungsmetriken
Für die speziellen Anwendungen von Hochspannungsübertragungsplatinen kann die herkömmliche 2D-Röntgeninspektion-aufgrund überlappender Betrachtungswinkel und der Unfähigkeit, Delamination zu erkennen-die Qualitätsausschlussanforderungen nicht mehr erfüllen.Produktionslinienadoptieren mussAutomatische 3D-Röntgeninspektionssystemezur Festlegung digitaler, dreidimensionaler Qualitätsablehnungsschwellen. Die branchenübliche Spezifikation IPC-A-610H ermöglicht ein Blasenflächenverhältnis von bis zu 25 % für Standard-BGA-Lötkugeln. Für Kernplatinen, die bei der Hochspannungsübertragung verwendet werden, muss diese Metrik jedoch streng verschärft werden: Das Gesamtblasenflächenverhältnis an jedem einzelnen Punkt aller BGA-Pins und kritischen QFN-Lötstellen muss unter 12 % gehalten werden. Darüber hinaus führt die neue Norm strenge Einschränkungen hinsichtlich der „maximalen Einzelblase“ und der „Blasenposition“ ein. Jede einzelne Blase mit einem Durchmesser von mehr als 20 % des Durchmessers der Lotkugel gilt als nicht konform. Gleichzeitig nutzt 3D AXI tomografische Scantechnologie, um zu überwachen, ob Blasen an der Komponentenschnittstelle oder der PCB-Pad-Schnittstelle (d. h. der IMC-Schicht) anliegen. Alle Blasen innerhalb der Lötschnittstelle müssen strikt zurückgewiesen werden, -selbst wenn sie nur 5 % der Gesamtfläche ausmachen, da sie sehr anfällig für die Entwicklung seitlicher Risse bei externen Vibrationen sind.
SMT-Quellcodeverwaltung: Schablonenöffnungen im Matrix---Stil und Optimierung der Lotpastenformulierung
Um die durch Röntgeninspektion erkannte Blasenrate auf die neuen Standardgrenzen zu reduzieren, müssen umgekehrte Prozessanpassungen implementiert werden, um physische Kanäle für die Gasfreisetzung während des Prozesses bereitzustellenLotpastendruckund Schablonendesign. Bei großflächigen QFN-Erdungs- und Kühlpads ist der traditionelle Prozess der Verwendung einer einzelnen, vollflächigen Öffnung die Hauptursache für die Ansammlung großflächiger Blasen. Die technische Abteilung muss ein Öffnungsdesign im Matrix--Stil vollständig implementieren und das ursprünglich offene Schablonenfenster in 4, 9 oder 16 unabhängige 3x3-Gittermatrizen unterteilen, wobei die Öffnungsfläche 65 % bis 75 % der gesamten Pad-Fläche ausmacht. Zwischen den Gitterabschnitten sollte ein 0,2 mm bis 0,3 mm großer „kreuzförmiger“ Lotkanal frei bleiben. In der Anfangsphase vonReflow-LötenLösungsmittelgase aus dem Flussmittel -die sich beim Erhitzen schnell verflüchtigen-fließen reibungslos durch diese unbeschichteten Wege nach außen und verhindern so, dass mehrere kleine Blasen zu übermäßig großen Blasen verschmelzen, die akzeptable Grenzwerte überschreiten. Darüber hinaus sollte die Materialabteilung der Verwendung chemischer Flusssysteme mit Lösungsmitteln mit hohem -Siedepunkt- und niedrigen Kristallisationsraten Vorrang einräumen, um den Gasfreisetzungszyklus während der Temperaturanstiegsphase zu verlängern.
Kalibrierung der Temperaturkurve des Reflow-Ofens: Die entscheidende Rolle des Vakuum-Reflow-Prozesses
Die thermodynamischen Prozesse des Reflow-Lötens beeinflussen direkt die Austrittsdynamik interner Gase innerhalb der Lotpaste im geschmolzenen Zustand. Eine sorgfältig gestaltete Temperaturkurve ist der letzte Schritt zur Beseitigung von Blasen. In der isothermen Zone müssen Techniker die Haltezeit zwischen 150 Grad und 180 Grad auf 90 Sekunden oder sogar 120 Sekunden verlängern, damit die aktiven Komponenten des Flussmittels die Oberfläche vollständig benetzen und gleichmäßig verdampfen können, wodurch ein konzentriertes Sieden verhindert wird, sobald sie die Liquiduslinie erreichen. Bei Hochleistungsmodulen in Stromversorgungssystemen-die extreme Herausforderungen darstellen-stößt das herkömmliche Luft- oder Stickstoff-Reflow-Löten an seine physikalischen Grenzen und erfordert die umfassende Einführung des Vakuum-Reflow-Lötens. Wenn die PCBA in die Zone mit der höchsten Temperatur des Reflow-Ofens eintritt und die Lotpaste vollständig geschmolzen ist, leitet die Vakuumkammer die Evakuierung ein und reduziert den Innendruck innerhalb von 10 Sekunden schnell auf 10 mbar bis 30 mbar. Unter dem Einfluss des enormen Druckunterschieds zwischen Innen und Außen dehnt sich das Volumen der in den Lötstellen eingeschlossenen Mikroblasen schnell aus und entweicht nach außen, woraufhin die Kammer zur vollständigen Erstarrung wieder auf Atmosphärendruck zurückkehrt. Experimentelle Daten bestätigen, dass der Vakuum-Reflow-Prozess die Gesamtblasenrate unter QFNs kontinuierlich auf bis zu 3 % reduzieren kann.
Durch die Verwendung wissenschaftlicher digitaler Bildgebungsprüfungen und strenger physikalischer Prozesseingriffe wird sichergestellt, dass Hochspannungsübertragungs-Motherboards während eines langfristigen Hochspannungsbetriebs risikofrei betrieben werden.
Kurze Fakten über NeoDen
- Gegründet im Jahr 2010, 200 + Mitarbeiter, 27000+ m². Fabrik.
- NeoDen-Produkte: PnP-Geräte verschiedener Serien, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Die Reflowöfen der IN-Serie sowie die komplette SMT-Linie umfassen alle erforderlichen SMT-Geräte.
- Erfolgreiche 10000+ Kunden auf der ganzen Welt.
- 40+ Globale Agenten in Asien, Europa, Amerika, Ozeanien und Afrika.
- Forschungs- und Entwicklungszentrum: 3 Forschungs- und Entwicklungsabteilungen mit 25+ professionellen Forschungs- und Entwicklungsingenieuren.
- CE-gelistet und 70+ Patente erhalten.
- 30+ Ingenieure für Qualitätskontrolle und technischen Support, 15+ leitender internationaler Vertrieb, für eine zeitnahe Kundenreaktion innerhalb von 8 Stunden und die Bereitstellung professioneller Lösungen innerhalb von 24 Stunden.