EN
Terminio ciklinimo iššūkiai ir medžiagų suderinamumas
Šiluminio plėtimosi neatitikimas tarp LED, FR-4 pagrindų ir SAC305 pjūklo
Materjalų tinkamas savarankiškumas įdarbia daug, kai klausimas yra pagaminti reliabilus padidžiaus solder savienų šių solar-powered LED landsape sviesos PCBs. Paimite skaiciaus: LED's expand at around 6 to 8 parts per million per degree Celsius, while FR-4 substrates go up about 14 to 17 ppm/°C. The SAC305 solder we commonly use expands even more, roughly 22 ppm/°C. These differences create real problems during temperature changes. What happens? Mechanical stress builds up right at those connections between components. Over time, this leads to tiny cracks forming in the solder joints themselves. Industry field reports actually point to about two thirds of early failures in outdoor solar lighting systems being caused by these thermal expansion issues. That's why smart manufacturers focus so much on matching materials carefully. When they get this right, they significantly cut down on stress points and make their products last much longer through all those hot and cold cycles that happen outside.
Pagreitinta terminė ciklų kaita (−40 °C iki +85 °C, daugiau nei 1000 ciklų) kaip patikimumo rodiklis
Pagreitinti terminės kaitos bandymai imituoją dešimtmečius trunkantį sezoninį poveikį per kelias savaites. PCB veikimas daugiau nei 1000 ciklų tarp −40 °C ir +85 °C atskleidžia gedimo eigą, kuri labai gerai koreliuoja su realaus pasaulio naudojimu:
- Pradinis etapas (ciklai 1–300) : Tarpmetalinių junginių (IMC) sluoksnio storėjimas
- Vidurinis etapas (ciklai 301–700) : Mikroporų susiliejimas ir įtrūkimų atsiradimas
- Baigtinis etapas (daugiau nei 700 ciklų) : Skersiniai sujungimo lūžiai ir elektros nutrūkimas
Ši metodika numato realaus lauko patikimumą su 92 % tikslumu, kai ji suderinta su regioninių klimatų profiliais. Gamintojai, naudojantys patvirtintus terminės kaitos protokolus, praneša apie 40 % mažiau garantinių reikalavimų temperatūroje labai kintamose vietovėse.
Bešvinio skardamo proceso optimizavimas išorės ilgaamžiškumui
Saulės energijos LED kraštovaizdžio šviestuvai susiduria su nuolatine aplinkos agresija – ultravioletinė spinduliuotė, drėgmės kaita ir dideli temperatūrų svyravimai – todėl reikalingas patikimas litavimo siūlių ilgaamžiškumas. Siekiant užtikrinti ilgą tarnavimo laiką, būtina suprasti gedimų mechanizmus ir tobulinti gamybos protokolus.
UV/drėgmės sukeltų degradacijos mechanizmai SnAgCu lydiniuose saulės energijos LED kraštovaizdžio šviestuvų PCB
SnAgCu ili SAC tipo svietę nesaturinkė solderių atitinka ekologinus standartus, tačiau tendencija degraduoti, kai jie ilgai atsiduria į lauk. Sunlight actually speeds up how fast the plastic parts on circuit boards start to fall apart, which makes the connection between solder and board weaker over time. At the same time moisture gets into these connections and causes chemical reactions that create tiny conductive paths across surfaces where they shouldn't be, potentially leading to dangerous short circuits. When exposed to repeated cycles of high humidity conditions around 85 percent relative humidity at about 85 degrees Celsius, the rate at which SAC305 solder joints corrode jumps by roughly forty percent compared to what happens in normal lab settings. This combined effect means manufacturers need to think about fixing problems from multiple angles, looking at both the materials used and how products are designed.
Perdirbimo profilio valdymas, kad būtų sumažinti tuštumos ir tarpmetalinio junginio (IMC) kaita
Tiksli šiluminė kontrolė per perdirbimą užtikrina sujungimo vientisumą. Svarbiausi parametrai yra:
- Kaitinimo greitis : ≤2°C/sekundę, kad būtų išvengta komponentų terminio smūgio ir plokštės sluoksniavimosi
- Maksimali temperatūra : 240–245°C SAC305 – užtikrinant visišką lydinio lydimąsi, nesugadinant šilumai jautrių LED
- Laikas virš sroviškumo (TAL) : 60–90 sekundžių, kad būtų apribotas pernelyg didelis IMC augimas
- Aušinimo greitis : 3–4°C/sekundę, skatinant smulkiai grūdėtą, mechaniniu požiūriu atsparų IMC sluoksnį (<4 μm storio)
Tuštumos, viršijančios 25 % sujungimo ploto, sumažina šiluminės varžos tarnavimo laiką 50 %. Azotu pagrįstas perdirbimas slopina oksidaciją ir sumažina tuštumų susidarymą iki <5 % – tai svarbus privalumas drėgnoms lauko sąlygoms.
IPC atitikties ir vizualinės apžiūros standartai, užtikrinantys litavimo siūlų patikimumą
IPC-A-610 klasei 2 nustatyti priėmimo kriterijai saulės energijos LED apšvietimo spindulių PCB
Saulės energijos LED apšvietimo spindulių PCB turi atitikti IPC-A-610 2 klasės reikalavimus – tai pramonės standartas elektronikos surinkimams, skirtiems ilgalaikiam naudojimui nekritinėse, bet reikalaujančiose aplinkose, pvz., lauko apšvietime. Pagrindiniai lydinio sujungimų reikalavimai apima:
- Ne mažiau kaip 75 % užpildytos galinės siūlės dangos paviršiaus montuojamiems LED
- Po terminio ciklo pergręžtose jungtyse negali būti matomų įtrūkimų
- Maksimalus 25 % tuštumų lydinių sujungimuose
Automatinė optinė apžvalga (AOI) tikrina šiuos parametrus pagal dokumentuotus praeities/neparaeities slenksčius, užtikrindama, kad sujungimai išlaikytų sodo klasės terminius ciklus (−40 °C iki +85 °C). Nepatikimi įtrūkimai ar nepakankamas sudrėkinimas turi būti pataisyti prieš hermetišką apsaugą, kad būtų išvengta drėgmės sukeltų gedimų.
IPC-J-STD-001G priedo B rekomendacijos dėl ENIG paruoštos padų sudrėkinimo ir siūlės geometrijos
Kai kalbama apie beelektrinio nikelio ir auksu dengiamas dangas (ENIG), kurios dažnai naudojamos saulės šviesos taikymo srityje skirtose spausdintųjų grandinių plokštėse, IPC-J-STD-001G priedas B nustato specifines sudrėkimo reikalavimus, kurių turi laikytis gamintojai. Teisingai pasiekti tinkamą filė geometriją reiškia užtikrinti, kad skarda liestųsi su kampais mažesniais nei 90 laipsnių ir susidarytų vientisa tarpmetalio junginių sluoksnis ten, kur varis susitinka su skarda. Pagal priedo B standartus, bent 95 % kontaktinių plotelių turėtų būti padengta vos per penkias sekundes atliekant kaitinimą dirbant su SAC305 lydiniais. Tai padeda išvengti nepakankamo sudrėkimo problemų, kurios ilgainiui gali pažeisti plokštės gebėjimą atlaikyti drėgmę. Šilumos profiliams palaikyti svarbu išlaikyti maksimalią temperatūrą tarp 235 ir 245 laipsnių Celsijaus. Šis diapazonas leidžia pasiekti tinkamas sudrėkimo charakteristikas, tuo pat metu sumažinant aukso trupinimo riziką, kas savo ruožtu neleidžia atsirasti erzinantiems dendritams ir neleidžia kilti korozijos problemoms, ypač kai plokštės patenka į drėgnas aplinkas.
Apsaugos nuo drėgmės sukeltų gedimų strategijos
Vandens patekimas į sąjungas vis dar yra viena didžiausių problemų, sukeliančių pažeidimus lituotooms jungtims ant šių saulės energija maitinamų sodo žibintų PCB plokštelėse. Dėl to sodo aplinkoje esant ilgesnį laiką greičiau susidaro rūdys ir anksčiau atsiranda elektriniai gedimai. Geriausia apsauga prasideda taikant atitvarinius denginius, dažniausiai pagamintus iš akrilo arba silikono medžiagų, laikantis pramonės standartų, tokių kaip IPC-CC-830B. Šie apsauginiai sluoksniai sudaro patikimą kliūtį drėgmei ir gerai atlaiko saulės spinduliavimą, kas yra labai svarbu, jei šie žibintai turi patikimai veikti sode ilgesnį laiką. Taip pat labai svarbu tinkamai parinkti plokštelės medžiagos ir dangos išsiplečimo koeficientus. Kai temperatūra svyruoja nuo minus 40 laipsnių Celsijaus iki plius 85, nesuderintos medžiagos tiesiog tinkamai nebesilaiko ir pradeda atsilupti.
Aukšto pavojingumo taikymo srityms sluoksniuota apsauga apima:
- Baterijų kontaktų ir valdiklių užpildymas epoksidinėmis arba poliuretano dervomis
- Hidrofobinių nano-dangų taikymas tiesiai ant lydmetalo sujungimų, kad būtų išvengta vandens patekimo
- Drenažo kanalų integrujimas korpusuose, kad būtų išvengta vandens kaupimosi
Kiekvieną surinkimą prieš išleidžiant reikia patikrinti griežtomis aplinkos sąlygomis. Standartinis bandymas pagal IEC 60068-2-78 standartus apima komponentų veikimą daugiau nei 500 valandų esant 85 procentų santykiniam drėgnumui ir 85 laipsnių Celsijaus temperatūrai. Tai padeda patikrinti, ar litavimo jungtys išlaikys realiomis sąlygomis. Jei drėgmė netinkamai kontroliuojama, gedimų dažnis šlapių ir sausų ciklų metu gali padidėti net tris kartus. Teisingas sprendimas prasideda jau projektavimo etape. Inžinieriai turėtų sutelkti dėmesį į mažų tarpų aplink litavimo aikšteles sumažinimą, nes būtent ten kyla problemos. Jie turėtų pakankamai atstumti laidininkus, kad užkirstų kelią nenorimiems cheminėms reakcijoms. Apsaugos dangos storio ir šilumos sklaidos balansas yra sudėtingas uždavinys. Per stora sandara viduje kaupia šilumą, kas ilgainiui iš tiesų greitina tarpmetalinių junginių augimą SAC305 lydiniuose.
Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius
Kas sukelia termociklinimo problemas saulės energijos LED landšafto šviestuvuose?
Šilumos ciklų iššūkiai daugiausia kyla dėl šiluminio plėtimosi greičio neatitikimo tarp LED, FR-4 pagrindų ir SAC305 alavo lydinių, dėl ko temperatūros pokyčių metu atsiranda mechaninė įtampa ir įtrūkimai lydinių sujungimuose.
Kaip veikia greitinamas šilumos ciklų testavimas?
Greitinami šilumos ciklų testai modeliuoja dešimtmečius trukdančius temperatūros poveikius per trumpą laiką, atskleidžiant gedimų progresiją per ciklus ir prognozuojant naudojimą realiomis sąlygomis.
Kodėl bešviniai lydiniai blogėja lauke?
Bešviniai lydiniai blogėja dėl UV spindulių ir didelės drėgmės, dėl ko plastikiniai komponentai suskyla, vyksta cheminės reakcijos, sukeliančios koroziją ir elektrinius gedimus.
Kaip galima užkirsti kelią drėgmės sukeltiems lydinių sujungimų gedimams?
Drėgmės sukeltiems gedimams galima užkirsti kelią naudojant apsaugines dangas, hidrofobines nano dangas ir tinkamas konstrukcijos strategijas, kad būtų užtikrinta apsauga nuo aplinkos.
