EN
Termiskās cikliskās slodzes izaicinājumi un materiālu savietojamība
Termiskās izplešanās neatbilstība starp LED, FR-4 pamatnēm un SAC305 lodēšanas materiālu
Izvēlēties pareizus materiālus, kas savienojas pareizi, ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu uzticīgus lodējumus saules enerģijas LED ainavas apgaismes PCB. Apskatīsim skaitļus: LED izplešās aptuveni 6 līdz 8 daļās uz miljonu grādus pēc Celsija, savukārt FR-4 pamatnes izplešās aptuveni 14 līdz 17 ppm/°C. Mēs bieži izmantojam SAC305 lodēturu, kas izplešās vēl vairāk — aptuveni 22 ppm/°C. Šīs atšķirības rada reālas problēmas temperatūras maiņas laikā. Ko tas rada? Mekhāniskais spriegums uzkrājas tieši komponentu savienojumos. Ilgākā laikā tas noved pie mazo plaisu veidošanās lodējumos. Nozares lauka ziņojumi pat norāda, ka aptuveni divas trešdaļas agrīno kļūdu āra saules apgaismošanas sistēmās rodas no termisko izplešanās problēmām. Tāpēc gudrie ražotāji tik daudz uzmanības veltī materiālu precīzai sakritībai. Kad viņi to izdara pareizi, ievērojami samazina sprieguma punktus un padara savus produktus daudz ilgmūžīgākus, izturīgus pret visām ārējām karstuma un aukstuma cikliem.
Uzlabota termiskā cikliska slodze (−40°C līdz +85°C, vairāk nekā 1000 cikli) kā uzticamības prognozes rādītājs
Uzlabotie termiskās cikliskās slodzes testi imitē desmitgades ilgu sezonas slodzi dažās nedēļās. PCB pakļaušana vairāk nekā 1000 ciklu periodam no −40°C līdz +85°C atklāj bojājumu progresiju, kas spēcīgi korelē ar reālajiem darbības rezultātiem:
- Sākuma posms (cikli 1–300) : Intermetāliskā savienojuma (IMC) slāņa sabiezēšana
- Vidējais posms (cikli 301–700) : Mikro tukšumu saplūšana un plaisu veidošanās
- Beigu posms (700+ cikli) : Pārtraukumi caur savienojumu un elektriskā pārtraukuma rašanās
Šī metode nodrošina 92 % precizitāti lauka apstākļu uzticamības prognozēšanā, ja tā saskaņota ar reģionālajiem klimata profiliem. Ražotāji, kas izmanto validētus termiskās cikliskās slodzes protokolus, ziņo par 40 % mazāk garantijas prasījumiem temperatūras svārstību apstākļos.
Bezbaidziena lodēšanas procesa optimizācija āra izturībai
Saules enerģijas vadāmi apgaismes lukturi saskaras ar nepielūdzamu vides iedarbību — UV starojumu, mitruma svārstības un lielu temperatūras izmaiņu diapazonu, kas prasa uzticamas lodēšanas savienojumu. Lai nodrošinātu ilgu kalpošanas laiku, ir būtiski izprast sabrukšanas mehānismus un uzlabot ražošanas protokolus.
UV/mitruma degradācijas mehānismi SnAgCu sakausējumos saules enerģijas vadāmo apgaismojuma lukturu PCB plates
SnAgCu vai SAC tipa bezsvina soldērīgs atbilst vides standartiem, taču ilgstoši paliekot ārā, tāds tendēcības sadalīties. Patiesa saules gaisma paātrina plastmasas daļas uz elektronikas shēmās, kas sāk izjukt, tādējādi padarot savienojumu starp soldērīgu un dēli ar laiku vājāku. Tajā pašā laikā mitrums iekļūst šajos savienojumos un izraisa ķīmiskas reakcijas, kas rada mazas vadītspējīgas ceļu virsmās, kur tām nevajadzētu būt, potenciāli izraisot bīstamus īssavienojumus. Kad tiek pakļauti atkārtotiem augstas mitruma ietekmes cikliem ar aptuveni 85 procentu relatīvo mitrumu pie aptuveni 85 grādu Celsija, SAC305 soldērīgu savienojumu korozēšanās ātrums palielinās aptuveni četrdesmit procentiem salīdzībā ar parastajiem laboratorijas apstākļiem. Šis kombinētais efekts nozīmē, ka ražotājiem ir jāapsver problēmu risināšana no vairākām pusēm, ņemot vērā gan izmantotās materiālas, gan produkta konstruēšanas veidu.
Pārkarsēšanas profila kontrole, lai minimizētu dobumu veidošanos un starpmetālisko savienojumu (IMC) mainīgumu
Precīza siltuma vadība pārkarsēšanas laikā nodrošina savienojuma integritāti. Kritiski parametri ietver:
- Karsēšanas ātrums : ≤2°C/sekundē, lai izvairītos no komponentu termisko triecienu un kontaktligzdu atdalīšanās
- Maksimālā temperatūra : 240–245°C SAC305 — nodrošina pilnu sakausējuma kušanu, nekaitējot siltumjutīgajām LED
- Laiks virs kausēšanas temperatūras (TAL) : 60–90 sekundes, lai ierobežotu pārmērīgu IMC augšanu
- Dzesēšanas ātrums : 3–4°C/sekundē, lai veicinātu smalkgraudainas, mehāniski izturīgas IMC kārtas (<4 μm biezas)
Dobumi, kas pārsniedz 25% no savienojuma laukuma, samazina termisko izturību par 50%. Slāpekļa palīdzību reflow procesā samazina oksidāciju un dobumu veidošanos līdz <5% — būtiska priekšrocība mitrumam jutīgās āra lietošanas lietojumprogrammās.
IPC atbilstības un vizuālās pārbaudes standarti lodējumu uzticamībai
IPC-A-610 klases 2 pieņemšanas kritēriji saules enerģijas LED ainavas apgaismes PCB
Saules enerģijas LED ainavas apgaismes PCB prasa atbilstību IPC-A-610 klasei 2 — nozares standartam elektronikas montāžām, kas paredzētas ilgstošai izmantošanai nekritiskos, bet prasīgos apstākļos, piemēram, āra apgaismojumā. Galvenie lodējumu prasības ietver:
- Vismaz 75% papēža filnītes segums virspuses montāžas LED
- Caurspiedsavienojumos pēc termociklēšanas nav redzamas plaisas
- Maksimāli 25% tukšumi lodējuma savienojumos
Automatizēta optiskā pārbaude (AOI) validē šos parametrus, salīdzinot ar dokumentētiem atbilstības/nepietiekamības slieksņiem, nodrošinot, ka savienojumi iztur dārza klases termociklēšanu (−40°C līdz +85°C). Nepieņemamas plaisas vai nepietiekama samitrinājuma gadījumā jāveic pārstrāde pirms mitrumizturīgas hermētizācijas, lai novērstu mitruma izraisītu bojājumu.
IPC-J-STD-001G pielikuma B norādījumi par ENIG kontaktligzdu samitrinājumu un filnīšu ģeometriju
Bezmaksas nikelēta Immersēšanas zelts (ENIG) pārklājumi, kurus parasti izmanto uz drukātām shēmām saules apgaismes lietojumprogrammās, IPC-J-STD-001G pielikuma B noteiktas konkrētas mitruma prasības, kuras ražotājiem jāievēro. Pareiza filera ģeometrijas iegūšana nozīmē, ka lodēšanas materiālam jāpieskaras leņķos, kas mazāki par 90 grādiem, un jāveido viendabīga starpmetālu savienojuma slānis, kur misiņš saskaras ar lodēšanas materiālu. Saskaņā ar pielikuma B standartiem vismaz 95% no kontaktlaukumiem jāpokrīt vienā sekundē laikā, kas nepieciešams, lai novērstu atsūkšanās problēmas, kas var vājināt plates spēju pretoties mitruma bojājumam ilgtermiņā. Termiskajiem profilim ir būtiski uzturēt maksimālās temperaturas kaut kur starp 235 un 245 grādiem pēc Celsija. Šis diapazons ļauj panākt piemērotas mitruma īpašības, vienlaikus uzturēt zemu zelta trausluma risku, kas savukārt novērš nepatīkamās dendrītu izaugsmi un novērš korozijas problēmas, īpaši, kad plates nonāk mitrās vidē.
Aizsardzības stratēģijas pret mitruma izraisītu bojājumu
Ūdens iekļūšana savienojumos joprojām ir viena no lielākajām problēmām, kas izraisa bojājumus lodētajiem savienojumiem šo saules enerģiju dārza lampu PCB plātēs. Tas rada rūsas veidošanos ātrāk un elektriskus bojājumus agrāk, kad šīs lampas atrodas ārējā vidē. Labākā aizsardzība sākas ar konformālo pārklājumu uzklāšanu, parasti izgatavotu no akrila vai silikona materiāliem, ievērojot rūpniecības vadlīnijas, piemēram, IPC-CC-830B. Šie aizsargkārti veido efektīvu barjeru pret mitrumu un labi iztur saules gaismas iedarbību, kas ir īpaši svarīgi, ja šīm lampām ilgtermiņā jādarbojas uzticami dārzos. Ir ļoti svarīgi arī pareizi sakļaut izplešanās koeficientus starp plāksnes materiālu un pārklājumu. Kad temperatūras svārstās no mīnus 40 grādiem pēc Celsija līdz plus 85 grādiem, nesaderīgi materiāli vienkārši nespēj noturēties kopā un sāk atdalīties.
Augsta riska pielietojumiem daudzslāņu aizsardzība ietver:
- Baterijas savienojumu ieliešana ar epoksīda vai poliuretāna sveķiem
- Hidrofobu nano-pārklājumu uzklāšana tieši lodēšanas locītavām, lai novērstu ūdens iekļūšanu
- Notekūdeņu kanālu integrēšana korpusos, lai novērstu ūdens uzkrāšanos
Katrām montāžām pirms izlaišanas ir jāiziet stingri vides pārbaudes. Standarta tests saskaņā ar IEC 60068-2-78 standartiem ietver komponentu darbināšanu vairāk nekā 500 stundas pie 85 procentu relatīvās mitruma un 85 grādiem pēc Celsija. Tas palīdz pārbaudīt, vai lodējumu savienojumi izturēs reālos ekspluatācijas apstākļus. Ja mitrums netiek pienācīgi kontrolēts, bojājumu biežums var palielināties līdz trīs reizes lielāks, atkārtoti mainoties starp mitriem un sausiem apstākļiem. Pareiza risinājuma panākšana sākas jau projektēšanas fāzē. Inženieriem vajadzētu koncentrēties uz mazo spraugu ap lodēšanas laukumiem samazināšanu, kur sākas problēmas. Viņiem jānodrošina pietiekams attālums starp vadītājiem, lai novērstu nevēlamas ķīmiskas reakcijas. Aizsargpārklāja biezuma un siltuma izkliedes starpā ir grūti atrast pareizo līdzsvaru. Pārāk biezs noslēgums ieslēdz siltumu iekšpusē, kas ilgtermiņā faktiski paātrina intermetālisko savienojumu augšanu SAC305 sakausējumos.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas rada termociklēšanas problēmas saules enerģijas LED ainavas lampiņās?
Termiskās cikliskās pārbaudes galvenokārt rodas, jo starp LED, FR-4 pamatnēm un SAC305 lodēšanas materiāliem pastāv termālās izplešanās ātrumu neatbilstība, kas izraisot temperatūras izmaiņās rada mehānisku spriegumu un plaisas lodēšanas savienojumos.
Kā darbojas paātrināta termiskās cikliskās pārbaude?
Paātrinātā termiskās cikliskās pārbaude simulē desmitgades ilgu temperatūras slodzi īsā laikā, atklājot kļūdu progresi caur cikliem un paredzot reālas darbības rezultātus.
Kāpēc bezsvina lodēšanas savienojumi paslikti ārā?
Bezsvina lodēšanas savienojumi paslikti no UV starojuma un augstas mitruma, kas izraisa plastmasas komponentu sadalīšanos un ķīmiskās reakcijas, novedot pie korozijas un elektriskām kļūdām.
Kā novērst mitruma izraisītas kļūdas lodēšanas savienojumos?
Mitrums izraisītas kļūdas var novērst ar konformājām pārklājumām, hidrofobām nano-pārklājumām un piemērotām dizaina stratēnām, lai nodrošinātu vides aizsardzību.
