منع الكسر الهش لمفاصل اللحام: صياغة تركيبة اللحام للوحات الرئيسية للنقل بالسكك الحديدية في ظل ظروف الاهتزاز العالية-

مقدمة

أثناء التشغيل، تتعرض لوحات التحكم الرئيسية الموجودة على متن مركبات النقل بالسكك الحديدية إلى اهتزازات مستمرة منخفضة التردد-وصدمات تسارع مفاجئة عالية-. في ظل ظروف الاهتزاز العالية- هذه، فإن التهديد الأكثر خطورة الذي يواجه تصنيع PCBA هو الكسر الهش لمفاصل اللحام. يحدث هذا النوع من الكسور عادةً في واجهة المركب المعدني (IMC) بين مفاصل اللحام الخالية من الرصاص - ومنصات PCB. ويتميز ببداية مفاجئة دون سابق إنذار ويمكن أن يؤدي بسهولة إلى انقطاع الإشارة أو فشل التحكم في القطارات. لتحسين عمر كلال الاهتزاز للوحات الرئيسية للنقل بالسكك الحديدية، يكمن الحل الأساسي في تحسين تركيبة سبيكة اللحام من منظور معدني دقيق.

آلية الكسر الهش تحت إجهاد الاهتزاز: تركيز الإجهاد في طبقة IMC

خلاللحام إنحسرفي مرحلة تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يتفاعل القصدير الموجود في اللحام التقليدي الخالي من الرصاص- مع النحاس الموجود على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور، مما يؤدي حتماً إلى تشكيل طبقة من المركبات المعدنية (IMC). على الرغم من أن هذا الهيكل سهل الانصهار يعمل بمثابة رابطة لاتصال ميكانيكي قوي، إلا أنه بطبيعته مادة هشة. خلال فترة خدمة معدات النقل بالسكك الحديدية، تعمل الضغوط الميكانيكية المتناوبة المعقدة بشكل مستمر على المكونات والركيزة. نظرًا للاختلافات الكبيرة في معاملات التمدد الحراري (CTE) والمعامل المرنة بين الركيزة PCB (FR-4) والمكونات الخزفية أو رقائق السيليكون، تصبح ضغوط التشوه الميكانيكية الناتجة عن الاهتزاز مركزة للغاية في واجهة IMC، والتي يبلغ سمكها بضعة ميكرومترات فقط. عندما يتجاوز إجهاد القص المتراكم قوة الرابطة عند حدود الحبوب، تبدأ الشقوق بسرعة وتنتشر أفقيًا داخل IMC أو عند واجهتها مع الوسادة النحاسية، مما يتسبب في تصفيح هش لحظي لمفصل اللحام.

إضافة كميات ضئيلة من البزموت والأنتيمون: تقوية مصفوفة القصدير وصقل بنية الحبوب

لمواجهة الاهتزازات الميكانيكية عالية الشدة-، يعد تحسين البنية الدقيقة لسبائك اللحام وإبطاء معدل انتشار الشقوق من الأهداف الأساسية لتحسين تركيبة السبائك. في التصنيع السطحي-لللوحات الرئيسية عالية الطاقة-للنقل بالسكك الحديدية، تُستخدم الآن على نطاق واسع سبائك-جديدة عالية الموثوقية-معتمدة على القصدير التقليدي-الفضة-النحاس (SAC) ولكنها مُطعمة بكميات ضئيلة من البزموت (Bi) وستيبيوم (Sb) -. يتيح دمج البزموت تقوية المحلول الصلب، مما يعزز بشكل كبير قوة إنتاج مصفوفة اللحام نفسها. وفي الوقت نفسه، تؤدي إضافة الأنتيمون إلى إبطاء معدل خشونة الحبوب في ظل درجات الحرارة والضغط المرتفعة-، مما يحافظ على البنية المجهرية الدقيقة-. تؤدي الحبوب الدقيقة إلى زيادة كبيرة في عدد حدود الحبوب. عندما تنتشر موجات الصدمة الاهتزازية في مفصل اللحام، فإن حدود الحبوب العديدة هذه تشتت وتمتص الطاقة بشكل فعال، مما يجبر الشقوق الصغيرة على تغيير اتجاه الانتشار بشكل مستمر وإطالة مسارها إلى الاختراق، وبالتالي إطالة عمر الكلال الديناميكي لمفصل اللحام بأكثر من 1.5 مرة.

التأثير التآزري للكميات الضئيلة من النيكل والكوبالت: تعديل مورفولوجيا IMC وسمكها

أثناء التحكم في قوة المصفوفة البلورية، من الضروري "ترقق" وتعديل البنية المجهرية لطبقة IMC-الموقع الذي يحدث فيه الكسر الهش بشكل مباشر. من خلال إدخال كميات ضئيلة من النيكل (Ni) والكوبالت (Co)-حوالي 0.05%- في سبيكة معجون اللحام، يمكن تغيير حركية نمو المركبات المعدنية البينية أثناء عملية إعادة التدفق بشكل كبير. يمكن للنيكل أن يحل محل جزء من النحاس، مما يحول الطبقة سهلة الانصهار الخشنة والمروحية الشكل -والسميكة بشكل غير متساو إلى بنية بلورية مركبة أكثر سلاسة وكثافة وسميكة بشكل موحد. من ناحية أخرى، يعمل الكوبالت على منع النمو غير المتحكم فيه للطبقة الهشة ذات الجودة الرديئة-والناجمة عن الانتشار الثانوي الناتج عن ارتفاع درجات الحرارة أثناء الخدمة الطويلة-اللاحقة لـ PCBA. إن التحكم الصارم في السُمك الإجمالي لطبقة IMC ضمن النطاق الأمثل يمكن أن يقلل بشكل كبير من تركيز الضغط في الواجهة ويزيل الظروف التي تؤدي إلى الكسر الهش.

مع تقنية معالجة الأسطح: إنشاء واجهة معدنية توازن بين الصلابة والمرونة

يجب أن تكون مزايا تركيبة اللحام متوافقة تمامًا، فيزيائيًا وكيميائيًا، مع السطح النهائي لألواح ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحقيق مقاومة مثالية للاهتزاز. بالنسبة إلى-اللوحات الأم ذات النقل بالسكك الحديدية ذات الاهتزازات العالية، لا يُنصح عمومًا بتشطيبات الأسطح المطلية بالنيكل-بالذهب (ENIG)-والتي يمكن أن تسبب بسهولة ظاهرة اللوحة السوداء وكسر هش للطبقات الغنية بالفوسفور-الطبقات الغنية-. بدلاً من ذلك، يفضل استخدام مادة حافظة اللحام العضوية (OSP) أو الفضة المغمورة بدرجة - الإلكترونية (Im-Ag). تتيح المعالجة السطحية لـ OSP للحام-عالي الأداء أن يتلامس بشكل مباشر مع النحاس العاري، مما يشكل طبقة سهلة الانصهار من النحاس النقي-والقصدير أثناءلحام إنحسرومنع تشوه الشبكة في الواجهة الناتج عن إدخال ذرات معدنية شوائب من طرف ثالث. تحت هذه الواجهة المعدنية، جنبًا إلى جنب مع سمك مناسب للطلاء المطابق أو الحشو الموضعي، يتم تشكيل آلية دفاع توازن بين الصلابة والمرونة-حيث يخفف الهيكل الخارجي الضغط وتمتص البنية المجهرية الداخلية الطاقة-وبالتالي القضاء تمامًا على احتمالية الكسر الهش.

يتطلب التغلب على مشكلة الكسر الهش لمفصل اللحام في ظل-ظروف الاهتزاز العالية اتباع نهج فني شامل، بدءًا من الضبط الدقيق-للتركيب المعدني المجهري إلى تحسين معلمات العملية العيانية.

حقائق سريعة عن نيودن

• تأسست عام 2010 ويعمل بها 200+ موظف و27,000+ متر مربع. مصنع حقوق الملكية المستقلة، لضمان إدارة المعايير وتحقيق معظم التأثيرات الاقتصادية وكذلك توفير التكلفة.
• تمتلك مركز التصنيع الخاص بها، والمجمع الماهر، والاختبار، ومهندسي مراقبة الجودة، لضمان القدرات القوية لتصنيع آلات NeoDen، والجودة والتسليم.
• 40+ شركاء عالميون متواجدون في آسيا وأوروبا وأمريكا وأوقيانوسيا وأفريقيا، لخدمة مستخدمي 10000+ بنجاح في جميع أنحاء العالم، لضمان خدمة محلية أفضل وأسرع واستجابة سريعة.
• 3 فرق بحث وتطوير مختلفة مع 25+ مهندسي بحث وتطوير محترفين، لضمان التطويرات الأفضل والأكثر تقدمًا والابتكارات الجديدة.
• مهندسو الدعم والخدمة باللغة الإنجليزية المهرة والمهنيون، لضمان الاستجابة السريعة في غضون 8 ساعات، ويتم توفير الحل في غضون 24 ساعة.
• الفريد من بين جميع الشركات المصنعة الصينية التي سجلت ووافقت على CE من قبل TUV NORD.
• توفر شركة NeoDen الدعم الفني والخدمة مدى الحياة- لجميع أجهزة NeoDen، علاوة على ذلك، تحديثات البرامج المنتظمة بناءً على تجارب الاستخدام والطلب اليومي الفعلي من المستخدمين النهائيين.