EN
Termilise tsükeldamise väljakutsed ja materjalide ühilduvus
Soojalaienemise mittevastavus LED-lampide, FR-4 aluspindade ja SAC305 jootematerjali vahel
Materjalide sobivus on oluline, kui soovitakse valmistada usaldusväärseid joodetuid ühendeid päikseenergia toitel LED maastikulampide PCBde puhul. Vaatame numbreid: LEDid laienevad umbes 6 kuni 8 miljondikku kraadil, samas FR-4 alus materjal laieneb umbes 14 kuni 17 ppm/°C. Kasutatav SAC305 jootematerjal laieneb veel rohkem, ligikaudu 22 ppm/°C. Need erinevused tekitavad tõelisi probleeme temperatuermuutustel. Mis siis juhtub? Mekaaniline pinge koguneb komponentide ühendustes. Pikka aega see viib jootetud ühendustesse mikrokarmide tekkimiseni. Tööstusaruanne näitavad, et umbes kaks kolmandikku varajastest katkestest välistingimustes päikseenergia süsteemides on tingitud nendest termilise laienemisest tingitud probleemidest. Seetõttu keskenduvad targad tootjad materjalide hoolikale sobitamisele. Kui neil see õnnestub, vähenevad oluliselt pingetsoonad ja nende tooted kestavad oluliselt kauem kõikides välitingimustes esinevatel kuumade ja külmade tsüklitel.
Kiirendatud termiline tsükliteste (−40 °C kuni +85 °C, üle 1000 tsükli) usaldusväärsuse ennustajana
Kiirendatud termilised tsüklitestid simuleerivad aastakümnete pikkust hooajalist koormust vaid mõne nädala jooksul. Printsvooluahelatele 1000+ tsükli vältel −40 °C ja +85 °C vahel sobitamine paljastab rikkeprogresseerumise, mis tihedalt korreleerub tegeliku töökindlusega:
- Varajane staadium (tsüklid 1–300) : Intermetallilise ühendi (IMC) kihi paksenemine
- Keskmine staadium (tsüklid 301–700) : Mikroporiste sulandumine ja pragude teke
- Lõppstaadium (700+ tsüklit) : Ühenduste läbiprangu ja elektrilise katkisuse teke
See meetodik on piirkondlike kliimaprofiilidega kokkusobivas kasutuses välitingimustes usaldusväärsuse ennustamisel 92% täpsusega. Validitud termiliste tsüklite protokollide kasutavad tootjad teatavad temperatuurikõikumistes piirkondades 40% vähem garantietaotlemeid.
Pb-vaba jootmise protsessi optimeerimine välistingimustes vastupidavuse suurendamiseks
Päikesepanelide LED maastikulambid on silmitsi pidevate keskkonnamõjudega – UV-kiirgus, niiskuse kõikumine ja suured termilised kõikumised –, mis nõuab tugevaid ja usaldusväärseid jooteliite. Väljatöötlemise mehhanismide mõistmine ja tootmisprotokollide täiustamine on olulised nende eluea pikendamiseks.
UV/niiskuse degradatsioonimehhanismid SnAgCu sulamites päikesepanelide LED maastikulampide plaatidel
SnAgCu või SAC tüüpi pliiavaba jooderikast vastab keskkonnanõuetele, kuid kalduvuseni laguneda, kui seda hoitakse pikka aega välitingimistes. Päikesevalgus kiirendab tegelikult, kuidas kiiresti plastikust osadest koosnevad ahelplaadid hakkavad lagunema, mis teeb jooderikast ja plaadist ühenduse aja jooksul nõrgemaks. Samal ajal tungivad niiskus need ühendustesse ja põhjustab keemilisi reaktsioone, mis loovad peenikesi juhtivaid radu pindade vahel, kus neid ei tohiks olla, mis võib potentsiaalselt viia ohtlikele lühisdele. Kui on väljatundnud korduvatele kõrge niiskuse tingimustele umbes 85 protsenti suhtelise niiskuse juures umbes 85 kraadi Celsiuse juures, siis SAC305 jootme liite korrosiooni kiirus suureneb ligikaudu nelikümmend protsenti võrreldes tavapäraste laboritingimustega. See kombineeritud mõju tähendab, et tootjatel tuleb probleeme lahendamisel arvestada mitmeti, vaadates nii kasutatud materjale kui ka toodete disaini.
Tagasoolituse profiili reguleerimine tühimike ja intermetallilise ühendi (IMC) muutlikkuse vähendamiseks
Täpne soojusjuhtimine tagasoolitamise ajal määrab ühenduse terviklikkuse. Olulised parameetrid on:
- Tõusukiirus : ≤2°C/sekund, et vältida komponentide termilist šokki ja pad-delamineerimist
- Tipptemperatuur : 240–245°C SAC305-le – tagamaks täieliku sulami sulamise, kuid mitte kahjustada soojuse tundlikke LED-e
- Aeg vedelas olekus (TAL) : 60–90 sekundit, et piirata liigset IMC kasvu
- Jahutuskiirus : 3–4°C/sekund, et soodustada peeneteralisi, mehaaniliselt vastupidavaid IMC kihte (<4 μm paksused)
Üle 25% liitepindade tühimikud vähendavad soojuspiinamise eluiga 50%. Lämmastikuga aitsetatud reflow-protsess surub alla oksüdatsiooni ja vähendab tühimike teket alla 5% — oluline eelis niisketele välistingimustele mõeldud rakendustes.
IPC vastavus ja visuaalse kontrolli standardid ettenõude usaldusväärseks
IPC-A-610 klassi 2 nõuded päikeseenergia toel töötavate LED-kortermaastike valgutite plaatidele
Päikeseenergia toel töötavate LED-kortermaastike valgutite plaatidel peab olema tagatud IPC-A-610 klassi 2 vastavus — elektronikakomplektide tööstusstandard, mis on mõeldud pikaajaliseks kasutuseks mitte-kriitilistes, kuid nõudlikes keskkondades, nagu välistingimused. Olulised ettenõude nõuded hõlmavad:
- Vähemalt 75% tallafileti katvust pinnakinnitusega LED-lampide puhul
- Läbivatel ühendustel ei tohi esineda nähtavaid pragusid pärast termilisi tsükleid
- Ettenõude ühendustes lubatud maksimaalselt 25% tühimikke
Automaatne optiline kontroll (AOI) kinnitab neid parameetreid dokumenteeritud vastava/mittetoimiva piirmääradega, tagades, et ühendid vastu pidavad aiakasutuse termilist tsüklit (−40°C kuni +85°C). Mittevastavaid pragusid või ebapiisavat niisutust tuleb parandada enne ilmastikukindla kapseldamist, et vältida niiskuse tekkimise tingitud rikkeid.
IPC-J-STD-001G Lisa B juhised ENIG-padi niisutuse ja täitegeometria kohta
Kui on tegemist elektroloogilise nikli immuversioonkulla (ENIG) pindade puhul, mida kasutatakse laialdaselt päiksevalgustuse rakenduste printplaatidel, sätestab IPC-J-STD-001G lisalisa B konkreetseid niisutusnõudeid, mida tootjatel tuleb järgida. Hea filleti geomeetria saavutamine tähendab, et jootesolder peab puutuma kokku nurkades vähem kui 90 kraadi all ja moodustama ühtlase metallidevahelise ühendi kihi seal, kus vaske ja solderit kohtuvad. Lislisa B standardite kohaselt peaks vähemalt 95% padidest olema kaetud vaid viie sekundi jooksul reflow-protsessi käigus, kui töödeldakse SAC305 sulamiga. See aitab vältida niisutusprobleeme, mis võivad aja jooksul nõrgestada plaadi võimet takistada niiskuse tekitatud kahjustusi. Soojusrežiimi osas on oluline hoida tipptemperatuuri vahemikus 235 kuni 245 kraadi Celsiuse skaalal. See vahemik võimaldab piisavat niisutust, samal ajal hoides kulla rabeduse ohtu madalal, mis omakorda takistab ärritavaid dendriitide kasvu ning ennetab korrosiooniprobleeme, eriti siis, kui plaadid sattuvad niiske keskkonda.
Keskkonnakaitse strateegiad niiskuse põhjustatud häire vastu
Vesi satumine liigedesse on endiselt üks suurimaid probleeme, põhjustades kahju päikeseenergiast töötavate aiakate PCB-plaatide leegiühendustele. See põhjustab kiiremat rooste teket ja elektrikatkestusi, mis esinevad kiiremini, kui need tuled elemendites välja lülitatakse. Parim kaitse algab vastavate kattega, mis on tavaliselt valmistatud akrüül- või silikonmaterjalist, järgides tööstusharu juhiseid, nagu IPC-CC-830B. Need kaitsekihed loovad tugevad barjäärid niiskuse vastu ning on päikesevalguse suhtes ka vastuvõetavad, mis on väga oluline, kui need tuled peavad aedides pikemas perspektiivis usaldusväärselt töötama. Kaardi- ja kaetud materjali vahelise laienemise kiiruse saavutamine on väga oluline. Kui temperatuurid muutuvad miinus 40 ja pluss 85 kraadi vahel, ei hoia sobimatud materjalid kokku ja hakkavad lahti lööma.
Kõrge riskiga rakenduste puhul hõlmab kihiline kaitse järgmist:
- Epooksi- või polüuretaaniharud
- Hüdropoobsete nano-katte rakendamine otse leegiühendustele vee sissepääsu tõkestamiseks
- Veekogumi vältimiseks integreeritakse kastmetesse drenažikanalid
Iga komplekt peab enne väljaandmist läbima rangeid keskkonnakontrolle. Standardkatses kasutatakse komponente, mis töötavad üle 500 tunni 85 protsendi suhtelise niiskusega ja 85 kraadi Celsiuse juures vastavalt IEC 60068-2-78 standarditele. See aitab kontrollida, kas leegiühendused püsivad reaalsetes tingimustes. Kui niiskust ei kontrolli korralikult, võib häire määr olla kuni kolm korda suurem, kui on märg ja kuiv keskkonnas. Selle õigeks tegemine algab juba disainifaasis. Insenerid peaksid keskenduma nende väikeste lõhkepaugade vähendamisele, kus probleemid algasid. Nad peavad juhte piisavalt kaugele eraldama, et vältida soovimatuid keemilisi reaktsioone. Kaitseva kaalu ja soojuse hajutamise vahelise tasakaalu leidmine on keeruline. Liiga paks tihedus hoiab soojuse kinni, mis kiirendab SAC305 sulamites intermetaallike ühendite kasvu.
KKK jaotis
Mis põhjustab päikese LED-paigaduste soojustsükli probleeme?
Soojusringlusprobleemid tulenevad peamiselt LED-de, FR-4 substraatide ja SAC305 leegi vahelise soojus laienemismäära ebaühtlustest, mis põhjustavad temperatuurimuutuste ajal mehaanilist pinget ja lõhkeid leegiühendustes.
Kuidas kiirendatud soojustsükli katsetamine toimib?
Kiirendatud soojustsükli katsed simuleerivad aastakümneid kestnud temperatuuri stressi lühikese aja jooksul, paljastades rikkeprogressiooni tsüklite kaudu ja ennustades reaalse maailma jõudlust.
Miks lõhestavad loodeta leegiühendused väljas?
Pliivabad leegiühendused lagunevad UV-kiirguse ja kõrge niiskuse tõttu, põhjustades plastkomponentide lagunemise ja keemiliste reaktsioonide, mis põhjustavad korrosiooni ja elektrikatkestusi.
Kuidas vältida niiskuse tõttu tekkivaid leegiühenduste rikke?
Niiskuse tõttu tekkivaid rikke saab vältida konformeeritud kattega, hüdrofoobiiliste nanokattega ja keskkonna kaitsmise tagamiseks sobivate projekteerimisstrateegiatega.
