Giới thiệu
Trong quá trình vận hành, bo mạch chính điều khiển trên tàu của các phương tiện vận tải đường sắt phải chịu các rung động-tần số thấp liên tục và các cú sốc tăng tốc-cao đột ngột. Trong các điều kiện rung động cao-này, mối đe dọa nghiêm trọng nhất mà việc sản xuất PCBA phải đối mặt là hiện tượng gãy giòn các mối hàn. Loại vết nứt này thường xảy ra ở bề mặt tiếp xúc giữa hợp chất liên kim loại (IMC) giữa các mối hàn không chứa chì-và miếng đệm PCB. Nó được đặc trưng bởi sự khởi phát đột ngột mà không có cảnh báo trước và có thể dễ dàng dẫn đến gián đoạn tín hiệu hoặc lỗi điều khiển trên tàu. Để cải thiện tuổi thọ mỏi do rung động của bo mạch chính vận chuyển đường sắt, giải pháp cơ bản nằm ở việc tối ưu hóa thành phần của hợp kim hàn từ góc độ vi{8}}luyện kim.
Cơ chế gãy xương giòn dưới ứng suất rung: Nồng độ ứng suất trong lớp IMC
Trong thời gianhàn nóng chảy lạitrong quá trình sản xuất PCBA, thiếc trong chất hàn không chứa chì thông thường-sẽ phản ứng với đồng trên bề mặt PCB, chắc chắn tạo thành một lớp hợp chất liên kim loại (IMC). Mặc dù cấu trúc eutectic này đóng vai trò như một liên kết cho một liên kết cơ học bền chắc nhưng nó vốn là một vật liệu giòn. Trong suốt thời gian sử dụng của thiết bị vận tải đường sắt, các ứng suất cơ học xen kẽ phức tạp liên tục tác động lên các bộ phận và nền. Do sự khác biệt đáng kể về hệ số giãn nở nhiệt (CTE) và mô đun đàn hồi giữa chất nền PCB (FR-4) và các thành phần gốm hoặc chip silicon, ứng suất biến dạng cơ học do rung động tạo ra trở nên tập trung cao độ ở giao diện IMC, chỉ dày vài micromet. Khi ứng suất cắt tích lũy vượt quá cường độ liên kết tại các ranh giới hạt, các vết nứt nhanh chóng bắt đầu và lan truyền theo chiều ngang trong IMC hoặc tại bề mặt tiếp xúc của nó với miếng đồng, gây ra sự phân tách giòn tức thời của mối hàn.
Thêm một lượng nhỏ Bismuth và Antimon: Tăng cường ma trận Thiếc và tinh chỉnh cấu trúc hạt
Để chống lại các rung động cơ học có cường độ-cao, việc cải thiện cấu trúc vi mô của hợp kim hàn và làm chậm tốc độ lan truyền vết nứt là mục tiêu chính trong việc tối ưu hóa thành phần hợp kim. Trong quá trình-sản xuất bề mặt các bo mạch chính có công suất-cao cho vận tải đường sắt, các hợp kim-có độ tin cậy cao-dựa trên đồng thiếc-bạc-(SAC) truyền thống nhưng được pha tạp một lượng nhỏ bismuth (Bi) và Stibium (Sb) -hiện đang được sử dụng rộng rãi. Sự kết hợp của bismuth cho phép tăng cường dung dịch rắn, nâng cao đáng kể cường độ năng suất của ma trận hàn. Trong khi đó, việc bổ sung antimon làm chậm tốc độ tạo hạt thô trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao, duy trì cấu trúc vi mô hạt mịn. Các hạt mịn hơn dẫn đến sự gia tăng đáng kể số lượng ranh giới hạt. Khi sóng xung kích rung truyền vào mối hàn, nhiều ranh giới hạt này sẽ phân tán và hấp thụ năng lượng một cách hiệu quả, buộc các vết nứt vi mô liên tục thay đổi hướng truyền và kéo dài đường đi của chúng để thâm nhập, từ đó kéo dài tuổi thọ mỏi động của mối hàn lên hơn 1,5 lần.
Tác dụng hiệp đồng của lượng vết Niken và Coban: Sửa đổi hình thái và độ dày của IMC
Trong khi kiểm soát độ bền của ma trận tinh thể, điều cần thiết là phải trực tiếp "làm mỏng" và sửa đổi cấu trúc vi mô của lớp IMC-nơi xảy ra hiện tượng gãy giòn. Bằng cách đưa một lượng nhỏ niken (Ni) và coban (Co)-khoảng 0,05%-vào hợp kim kem hàn, động lực tăng trưởng của các hợp chất liên kim loại bề mặt trong quá trình nấu lại có thể được thay đổi đáng kể. Niken có thể thay thế một phần đồng, biến đổi lớp eutectic thô, hình quạt và không đồng đều ban đầu thành cấu trúc tinh thể hỗn hợp mịn hơn, đặc hơn và dày đồng đều. Mặt khác, cobalt ngăn chặn một cách hiệu quả sự phát triển không kiểm soát được của lớp giòn chất lượng kém-do sự khuếch tán thứ cấp gây ra bởi sự tăng nhiệt độ trong quá trình sử dụng dài hạn-tiếp theo của PCBA. Kiểm soát chặt chẽ độ dày tổng thể của lớp IMC trong phạm vi tối ưu có thể làm giảm đáng kể nồng độ ứng suất tại bề mặt phân cách và loại bỏ các điều kiện có lợi cho hiện tượng gãy giòn.
Kết hợp với công nghệ xử lý bề mặt: Tạo ra bề mặt luyện kim cân bằng giữa độ cứng và tính linh hoạt
Những ưu điểm của thành phần chất hàn phải được kết hợp hoàn hảo cả về mặt vật lý và hóa học với độ hoàn thiện bề mặt của miếng PCB để đạt được khả năng chống rung tối ưu. Đối với các bo mạch chủ vận chuyển đường ray có độ rung cao-, thường không nên sử dụng lớp hoàn thiện bề mặt bằng niken-vàng (ENIG) bằng niken mạ điện (ENIG)-có thể dễ dàng gây ra hiện tượng đệm màu đen và hiện tượng nứt giòn của phốt pho-các lớp giàu-. Thay vào đó, chất bảo quản hàn hữu cơ (OSP) hoặc bạc ngâm cấp điện tử-(Im-Ag) được ưu tiên sử dụng. Quá trình xử lý bề mặt OSP cho phép chất hàn có hiệu suất cao{10}}tiếp xúc trực tiếp với đồng trần, tạo thành lớp eutectic bằng thiếc{11}}đồng nguyên chất trong quá trìnhhàn nóng chảy lạivà ngăn chặn sự biến dạng mạng ở bề mặt do sự đưa vào của các nguyên tử kim loại tạp chất của bên thứ-thứ ba. Trong giao diện luyện kim này, kết hợp với độ dày thích hợp của lớp phủ phù hợp hoặc lớp lót cục bộ, một cơ chế bảo vệ cân bằng độ cứng và tính linh hoạt được hình thành-trong đó cấu trúc bên ngoài làm giảm ứng suất và cấu trúc vi mô bên trong hấp thụ năng lượng-do đó loại bỏ hoàn toàn khả năng gãy giòn.
Khắc phục vấn đề gãy giòn mối hàn trong điều kiện rung-cao đòi hỏi một phương pháp kỹ thuật toàn diện, từ việc tinh chỉnh-thành phần luyện kim vi cấu trúc đến tối ưu hóa các tham số quy trình vĩ mô.
Thông tin nhanh về NeoDen
- Được thành lập vào năm 2010 với 200+ nhân viên và 27,000+ m2. nhà máy có quyền sở hữu độc lập, đảm bảo quản lý theo tiêu chuẩn và đạt hiệu quả kinh tế cao nhất cũng như tiết kiệm chi phí.
- Sở hữu trung tâm gia công riêng, kỹ sư lắp ráp, người kiểm tra và QC lành nghề, để đảm bảo khả năng mạnh mẽ cho việc sản xuất, chất lượng và giao hàng máy NeoDen.
- 40+ đối tác toàn cầu hoạt động ở Châu Á, Châu Âu, Châu Mỹ, Châu Đại Dương và Châu Phi, để phục vụ thành công người dùng 10000+ trên toàn thế giới, nhằm đảm bảo dịch vụ địa phương tốt hơn và nhanh hơn cũng như phản hồi nhanh chóng.
- 3 nhóm R&D khác nhau với tổng số 25+ kỹ sư R&D chuyên nghiệp, để đảm bảo những phát triển cũng như cải tiến mới tốt hơn, tiên tiến hơn.
- Các kỹ sư dịch vụ và hỗ trợ tiếng Anh có tay nghề và chuyên nghiệp, để đảm bảo phản hồi nhanh chóng trong vòng 8 giờ, giải pháp cung cấp trong vòng 24 giờ.
- Là nhà sản xuất duy nhất trong số tất cả các nhà sản xuất Trung Quốc đã đăng ký và phê duyệt CE bởi TUV NORD.
- NeoDen cung cấp dịch vụ và hỗ trợ kỹ thuật lâu dài cho tất cả các máy NeoDen, hơn nữa, các bản cập nhật phần mềm thường xuyên dựa trên trải nghiệm sử dụng và yêu cầu thực tế hàng ngày của người dùng cuối.