Introducción
Los equipos de transmisión de energía de voltaje ultra-alto- y de control de redes inteligentes funcionan todo el año-en entornos de alto-voltaje de decenas de miles de voltios. La fabricación de estos conjuntos de PCBA impone requisitos mucho más estrictos en materia de aislamiento eléctrico, eficiencia de disipación térmica y resistencia mecánica que los de los productos electrónicos de consumo que funcionan a temperatura ambiente. En el proceso SMT, es muy probable que se formen huecos microscópicos debajo de BGA de gran-tamaño, QFN sin cables y MOSFET de potencia (como los DFN). Bajo la influencia de campos eléctricos de alto-voltaje, estos huecos ocultos dentro de las uniones soldadas pueden causar una concentración localizada de campos eléctricos, acelerando la ruptura dieléctrica o provocando que el chip se queme debido a un aumento en la resistencia térmica. A lo largo de todo el proceso de fabricación de PCBA para placas de transmisión de energía de alto-voltaje, se establecen estrictos estándares de control de profundidad de burbujas utilizandoRayos X-3D de alta-precisión (AXI)es el método principal para prevenir completamente las fallas transitorias retrasadas.
Mecanismo de riesgo de burbujas en condiciones de alto-voltaje: concentración localizada de campo eléctrico y acumulación de resistencia térmica
Las burbujas dentro de las uniones de soldadura son esencialmente cavidades que se forman cuando los gases volátiles residuales no logran escapar de la capa intermedia de manera oportuna. Aunque estas burbujas aparecen como caminos conductores durante las pruebas de PCBA de bajo-voltaje convencional, representan un peligro oculto en condiciones de voltaje alto- y ultra-alto-. Llenas de aire o residuos de volatilización del fundente, estas burbujas tienen una constante dieléctrica mucho más baja que la de la aleación de estaño circundante. Cuando voltajes transitorios de cientos o incluso miles de voltios pasan a través de la almohadilla, se produce una concentración extrema de tensión del campo eléctrico en los bordes de las burbujas porque la distribución de la intensidad del campo eléctrico es inversamente proporcional a la constante dieléctrica. La exposición prolongada a campos eléctricos tan intensos y de tan alto-voltaje puede inducir micro-descargas (ruptura local), que a su vez forman caminos conductores hasta que la unión de soldadura se destruye por completo. Además, si hay burbujas de gran área-en la almohadilla central de disipación de calor en la parte inferior de dispositivos como QFN, su resistencia térmica general aumentará exponencialmente. El calor generado por los chips de potencia no se puede disipar rápidamente a través de la lámina de cobre en la parte inferior de la PCB, lo que hace que la temperatura de la unión continúe aumentando más allá del umbral crítico de 150 grados y, en última instancia, provoca una fuga térmica.
Nuevo estándar de calidad paraRayos X-3D (AXI): Métricas de evaluación cuantitativa multidimensional
Para las aplicaciones especializadas de placas de transmisión de alto-voltaje, la inspección tradicional de rayos X-2D-debido a la superposición de ángulos de visión y la incapacidad de distinguir la delaminación-ya no puede cumplir con los requisitos de rechazo de calidad.Líneas de produccióndebe adoptarSistemas de inspección por rayos X-automatizados en 3Dpara establecer umbrales de rechazo de calidad digital,-dimensional. La especificación IPC-estándar de la industria-A-610H permite una relación de área de burbuja de hasta el 25 % para bolas de soldadura BGA estándar. Sin embargo, para las placas centrales utilizadas en la transmisión de energía de alto-voltaje, esta métrica debe ser estrictamente estricta: la relación del área total de burbuja en cualquier punto de todos los pines BGA y las uniones de soldadura QFN críticas debe controlarse por debajo del 12 %. Además, el nuevo estándar introduce restricciones estrictas sobre la "burbuja única máxima" y la "ubicación de la burbuja". Cualquier burbuja con un diámetro superior al 20 % del diámetro de la bola de soldadura se considera no conforme. Al mismo tiempo, 3D AXI utiliza tecnología de escaneo tomográfico para centrarse en monitorear si las burbujas están adyacentes a la interfaz del componente o a la interfaz de la almohadilla de PCB (es decir, la capa IMC). Cualquier burbuja ubicada dentro de la interfaz de soldadura debe rechazarse estrictamente-incluso si representa solo el 5 % del área total, porque es muy propensa a desarrollar grietas laterales bajo vibración externa.
Control de fuente SMT: matriz-Aberturas de plantilla de estilo y optimización de la formulación de soldadura en pasta
Para reducir la tasa de burbujas detectada por la inspección por rayos X-dentro de los nuevos límites estándar, es necesario implementar ajustes del proceso inverso para proporcionar canales físicos para la liberación de gas duranteimpresión de pasta de soldaduray diseño de plantilla. Para las almohadillas de disipador de calor y tierra QFN de gran-área, el proceso tradicional de usar una única apertura de área completa-es la causa principal de la acumulación de burbujas a gran-escala. El departamento de ingeniería debe implementar completamente un diseño de apertura de estilo matricial-, dividiendo la ventana de la plantilla originalmente abierta en 4, 9 o 16 matrices de cuadrícula independientes de 3x3, con el área de apertura representando del 65 % al 75 % del área total de la almohadilla. Se debe dejar un canal libre de soldadura en forma de cruz de 0,2 mm a 0,3 mm entre las secciones de la rejilla. Durante la fase inicial desoldadura por reflujo, los gases solventes del flujo-que se volatilizan rápidamente cuando se calientan-fluirán suavemente a través de estas vías sin recubrimiento hacia el exterior, evitando que múltiples burbujas diminutas se fusionen en burbujas excesivamente grandes que excedan los límites aceptables. Además, el departamento de materiales debe priorizar el uso de sistemas de flujo químico con solventes de alto-punto de ebullición-y bajas tasas de cristalización para extender el ciclo de liberación de gas durante la fase de aumento de temperatura-.
Calibración de la curva de temperatura del horno de reflujo: el papel fundamental del proceso de reflujo al vacío
Los procesos termodinámicos de la soldadura por reflujo influyen directamente en la dinámica de escape de los gases internos dentro de la soldadura en pasta mientras está en estado fundido. Una curva de temperatura meticulosamente diseñada es el paso final para eliminar las burbujas. En la zona isotérmica, los técnicos deben extender el tiempo de retención entre 150 grados y 180 grados a 90 segundos o incluso 120 segundos, permitiendo que los componentes activos del fundente mojen completamente la superficie y se evaporen uniformemente, evitando así la ebullición concentrada una vez que alcanzan la línea de liquidus. Para módulos de alta-potencia en sistemas de energía-que presentan desafíos extremos-la soldadura de reflujo de aire o nitrógeno convencional ha alcanzado sus límites físicos, lo que requiere la adopción integral de la soldadura de reflujo al vacío. Cuando la PCBA ingresa a la zona de temperatura más alta del horno de reflujo y la pasta de soldadura se ha derretido por completo, la cámara de vacío inicia la evacuación, reduciendo rápidamente la presión interna a entre 10 mbar y 30 mbar en 10 segundos. Bajo la influencia de la enorme diferencia de presión entre el interior y el exterior, el volumen de burbujas microscópicas atrapadas dentro de las uniones de soldadura se expande rápidamente y escapa hacia afuera, después de lo cual la cámara vuelve a la presión atmosférica para completar la solidificación. Los datos experimentales confirman que el proceso de reflujo de vacío puede reducir consistentemente la tasa general de burbujas debajo de los QFN hasta dentro del 3%.
Confiar en la inspección científica de imágenes digitales y en rigurosas intervenciones en los procesos físicos garantiza que las placas base de transmisión de alto-voltaje mantengan un funcionamiento sin-riesgo durante el servicio-de alto-voltaje a largo plazo.
Datos breves sobre NeoDen
- Fundada en 2010, 200 + empleados, 27000+ m2. fábrica.
- Productos NeoDen: máquinas PnP de diferentes series, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. La serie IN de hornos de reflujo, así como la línea SMT completa, incluyen todo el equipo SMT necesario.
- 10000+ clientes exitosos en todo el mundo.
- 40+ Agentes Globales cubiertos en Asia, Europa, América, Oceanía y África.
- Centro de I+D: 3 departamentos de I+D con 25+ ingenieros profesionales de I+D.
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