Technologia piezoelektryczna pozwala wyeliminować pustki

Po procesie lutowania rozpływowego, w połączeniach lutowniczych mogą pojawić się pustki, niekorzystnie wpływające na transfer ciepła, które w dalszej konsekwencji mogą być przyczyną uszkodzeń komponentów mocy w efekcie przegrzania. Aby zapobiegać tym niekorzystnym zjawiskom i zredukować występowanie pustek do minimum, ERSA opracowała specjalny moduł Voidless, zapewniający redukcję formowania się pustek w czasie procesu lutowania do minimum. Moduł instalowany jest opcjonalnie w strefie rozpływu, zapewniając wystarczający poziom energii cieplnej do osiągnięcia temperatury, która jest wymagana do uformowania się połączenia lutowanego w komponentach o znacznej masie. Jak działa moduł Voidless? Już od roku 2012 ERSA poszukiwała alternatywnych sposobów redukcji występowania pustek. We współpracy z wydziałem Silicate Research (ISC) Instytutu Fraunhofera, organizacji szczycącej się wieloletnim doświadczeniem w dziedzinie adaptroniki, przeprowadzono wstępne analizy kilku teoretycznych koncepcji, powstałych w ERSA, pod kątem możliwości ich praktycznego zastosowania. Prace rozwojowe skupiły się na opracowaniu uniwersalnej metody minimalizacji pustek w płynnym lutowiu pomiędzy powierzchnią płytki oraz komponentem poprzez przyłożenie sinusoidalnych wibracji do płytki. W fazie początkowej generowane są wibracje wzdłużne do płytki o amplitudzie kilku µm. Niska częstotliwość początkowa zapewnia łagodne i jednolite rozprzestrzenianie się wibracji na całej płytce, bez ryzyka naruszania łańcuchów molekularnych (np. w FR4). Stopniowe zwiększanie częstotliwości powoduje usztywnienie się substratu płytki, wzrost współczynnika elastyczności oraz – ze względu na redukcję czynnika tłumienia – poprawę transferu energii wibracji do płynnego lutowia. W efekcie, obszary o niskiej gęstości – czyli po prostu pustki - są niejako ‘wytrząsane’ z połączenia lutowniczego. Płynne lutowie jest poddane powtarzalnej stymulacji poprzez rozchodzenie się wibracji, co prowadzi do wyraźnej redukcji pustek. Potwierdził to szereg testów, przeprowadzonych w Instytucie Fraunhofer ISC. Mniej niż 2% pustek Podsumowując można stwierdzić, iż technologia VOIDLESS dzięki połączeniu dopracowanego, standardowego pieca do lutowania rozpływowego oraz innowacyjnej technologii wibracji piezoelektrycznej, może być efektywnym rozwiązaniem eliminującym pustki. Dodatkową zaletą opisywanego w artykule modułu Voidless jest fakt, że może on być łatwo wyłączony z procesu, jeśli nie jest niezbędny, co pozytywnie wpływa na elastyczność procesu. W porównaniu do standardowego procesu reflow, zastosowanie fal wydłuża cykl o kilka sekund, ale może z drugiej strony zredukować występowanie pustek nawet o 98%. Ponadto, ubocznym efektem stymulacji prowadzonej za pomocą fal jest lepsze centrowanie się komponentu na padach oraz optymalizacja rozkładu lutowania. Nie stwierdzono jednocześnie występowania zjawisk delaminacji oraz pop-corningu podczas testów modułu Voidless. Dodatkową zaletą są niskie koszty eksploatacji, tak jak w przypadku standardowego pieca do lutowania rozpływowego oraz brak dodatkowych kosztów, które występują w przypadku rozwiązań z próżnią czy lutowania kondensacyjnego. Opracowano na podstawie materiałów firmy ERSA. Opublikowano dzięki uprzejmości firmy PB Technik.