Introduction
Les équipements de transmission d'énergie à très-haute-tension et de contrôle de réseau intelligent fonctionnent toute l'année-toute l'année dans des environnements à haute-tension de plusieurs dizaines de milliers de volts. La fabrication de ces assemblages PCBA impose des exigences beaucoup plus strictes en matière d'isolation électrique, d'efficacité de dissipation thermique et de résistance mécanique que celles des appareils électroniques grand public fonctionnant à température ambiante. Dans le processus SMT, des vides microscopiques sont très susceptibles de se former sous les BGA de grande taille, les QFN sans plomb et les MOSFET de puissance (tels que les DFN). Sous l'influence de champs électriques à haute tension, ces vides cachés dans les joints de soudure peuvent provoquer une concentration localisée du champ électrique, accélérant la rupture diélectrique ou conduisant à l'épuisement des puces en raison d'une augmentation de la résistance thermique. Tout au long du processus de fabrication des PCBA pour les cartes de transmission de puissance haute tension, l'établissement de normes strictes de contrôle de la profondeur des bulles en utilisantrayons X-3D de haute-précision (AXI)est la méthode de base pour prévenir complètement les pannes transitoires retardées.
Mécanisme des risques de bulles dans des conditions de haute-tension : concentration localisée du champ électrique et accumulation de résistance thermique
Les bulles à l’intérieur des joints de soudure sont essentiellement des cavités formées lorsque les gaz volatils résiduels ne parviennent pas à s’échapper de la couche intermédiaire en temps opportun. Bien que ces bulles apparaissent comme des chemins conducteurs lors des tests PCBA conventionnels à basse tension, elles présentent un danger caché dans des conditions de tension élevée- et ultra-haute-. Remplies d'air ou de résidus de volatilisation de flux, ces bulles ont une constante diélectrique bien inférieure à celle de l'alliage d'étain environnant. Lorsque des tensions transitoires de centaines, voire de milliers de volts traversent le tampon, une concentration extrême de contraintes de champ électrique se produit sur les bords des bulles car la répartition de l'intensité du champ électrique est inversement proportionnelle à la constante diélectrique. Une exposition prolongée à des champs électriques aussi élevés et puissants peut induire des micro-décharges (panne locale), qui à leur tour forment des chemins conducteurs jusqu'à ce que le joint de soudure soit complètement détruit. De plus, si des bulles de grande surface-sont présentes dans le tampon de dissipation thermique central situé au bas des appareils tels que les QFN, leur résistance thermique globale augmentera de façon exponentielle. La chaleur générée par les puces de puissance ne peut pas être rapidement dissipée à travers la feuille de cuivre située au bas du PCB, ce qui entraîne une augmentation continue de la température de jonction au-delà du seuil critique de 150 degrés et conduit finalement à un emballement thermique.
Nouvelle norme de qualité pourRayons X-3D (AXI): Mesures d'évaluation quantitative multidimensionnelles
Pour les applications spécialisées des-cartes de transmission haute tension, l'inspection traditionnelle aux rayons X 2D--en raison du chevauchement des angles de vision et de l'incapacité à distinguer le délaminage-ne peut plus répondre aux exigences de qualité de rejet.Lignes de productiondoit adopterSystèmes d'inspection 3D automatisés à rayons X-pour établir des seuils de rejet de qualité numérique-tridimensionnels. La spécification-standard IPC-A-610H de l'industrie autorise un rapport de surface de bulle allant jusqu'à 25 % pour les billes de soudure BGA standard. Cependant, pour les cartes mères utilisées dans la transmission de puissance à haute tension, cette mesure doit être strictement stricte : le rapport de surface totale de bulles en tout point de toutes les broches BGA et des joints de soudure QFN critiques doit être contrôlé en dessous de 12 %. En outre, la nouvelle norme introduit des contraintes strictes sur le « nombre maximal de bulles uniques » et « l'emplacement des bulles ». Toute bulle dont le diamètre dépasse 20 % du diamètre de la bille de soudure est jugée non-conforme. Dans le même temps, 3D AXI utilise la technologie de numérisation tomographique pour se concentrer sur la surveillance si les bulles sont adjacentes à l'interface du composant ou à l'interface du plot PCB (c'est-à-dire la couche IMC). Toutes les bulles situées à l'intérieur de l'interface de soudure doivent être strictement rejetées-même si elles ne représentent que 5 % de la surface totale, car elles sont très susceptibles de développer des fissures latérales sous l'effet de vibrations externes.
Contrôle de source SMT : ouvertures de pochoir de style matriciel- et optimisation de la formulation de la pâte à souder
Pour réduire le taux de bulles détecté par l'inspection aux rayons X-dans les nouvelles limites standard, il est nécessaire de mettre en œuvre des ajustements de processus inverses pour fournir des canaux physiques pour la libération des gaz pendantimpression de pâte à souderet conception de pochoirs. Pour les coussinets de masse et de dissipateur thermique QFN de grande surface, le processus traditionnel consistant à utiliser une seule ouverture sur toute la surface est à l'origine de l'accumulation de bulles à grande échelle. Le service d'ingénierie doit mettre entièrement en œuvre une conception d'ouverture de style matriciel-, divisant la fenêtre de pochoir initialement ouverte en 4, 9 ou 16 matrices de grille 3x3 indépendantes, la zone d'ouverture représentant 65 % à 75 % de la surface totale du tampon. Un canal libre de soudure-en forme de "croix" de 0,2 mm à 0,3 mm doit être laissé entre les sections de la grille. Durant la phase initiale debrasage par refusion, les gaz solvants du flux-qui se volatilisent rapidement lorsqu'ils sont chauffés-s'écouleront en douceur à travers ces voies non revêtues vers l'extérieur, empêchant ainsi plusieurs petites bulles de fusionner en bulles excessivement grosses qui dépassent les limites acceptables. De plus, le service des matériaux doit donner la priorité à l'utilisation de systèmes de flux chimiques avec des solvants à point d'ébullition -élevé-et de faibles taux de cristallisation pour prolonger le cycle de libération des gaz pendant la phase d'augmentation de la température-.
Étalonnage de la courbe de température du four de refusion : le rôle central du processus de refusion sous vide
Les processus thermodynamiques du brasage par refusion influencent directement la dynamique d’échappement des gaz internes dans la pâte à braser lorsqu’elle est à l’état fondu. Une courbe de température méticuleusement conçue est la dernière étape dans l’élimination des bulles. Dans la zone isotherme, les techniciens doivent prolonger le temps de maintien entre 150 degrés et 180 degrés jusqu'à 90 secondes, voire 120 secondes, permettant aux composants actifs du flux de mouiller complètement la surface et de s'évaporer uniformément, empêchant ainsi l'ébullition concentrée une fois qu'ils atteignent la ligne de liquidus. Pour les -modules de puissance dans les systèmes d'alimentation-qui présentent des défis extrêmes-le brasage par refusion conventionnel à l'air ou à l'azote a atteint ses limites physiques, nécessitant l'adoption complète du brasage par refusion sous vide. Lorsque le PCBA entre dans la zone de température la plus élevée du four de refusion et que la pâte à souder a complètement fondu, la chambre à vide commence l'évacuation, réduisant rapidement la pression interne entre 10 mbar et 30 mbar en 10 secondes. Sous l'influence de l'énorme différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur, le volume de bulles microscopiques emprisonnées dans les joints de soudure se dilate rapidement et s'échappe vers l'extérieur, après quoi la chambre revient à la pression atmosphérique pour achever sa solidification. Les données expérimentales confirment que le processus de refusion sous vide peut réduire systématiquement le taux de bulles global sous les QFN à moins de 3 %.
S'appuyer sur une inspection scientifique par imagerie numérique et des interventions rigoureuses sur les processus physiques garantit que les cartes mères de transmission haute tension-maintiennent un fonctionnement sans risque-pendant un service haute tension-à long terme-haute tension.
Faits en bref sur NeoDen
- Créée en 2010, 200 + employés, 27000+ m². usine.
- Produits NeoDen : machines PnP de différentes séries, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. La série IN de fours de refusion, ainsi que la ligne SMT complète, comprennent tous les équipements SMT nécessaires.
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