Lutowanie w niskiej temperaturze to szybko rozwijająca się dziedzina, która przynosi szereg potencjalnych korzyści dla przemysłu elektronicznego. Korzyści te obejmują mniejsze wypaczanie komponentów i podłoży, niższe zużycie energii i niższe koszty materiałów. Jednak brak standardowego stopu lutowniczego i unikalne właściwości nowych stopów wymagają opracowania nowych topników i procesów, aby odnieść sukces.
W tym artykule badamy obecne wyzwania i możliwości w lutowaniu niskotemperaturowym. Obejmują one ograniczoną dostępność stopów niskotemperaturowych, wady stopów o wysokiej zawartości bizmutu, wpływ dodatków na właściwości stopu, potrzebę nowych systemów topników oraz znaczenie poszukiwania wskazówek od dostawców lutowia.
Czym jest lutowanie niskotemperaturowe?
Nie istnieje formalna definicja Lut "niskotemperaturowy". Jednak ogólnie odnosi się do stopów o szczytowych temperaturach rozpływu niższych niż w przypadku tradycyjnych stopów. SAC305 i jego warianty. Podczas gdy SAC305 ma szczytowy zakres temperatur rozpływu od 230°C do 255°C, stopy niskotemperaturowe zazwyczaj mają szczytowe wymagania rozpływu 190°C lub niższe. Na przykład materiały na bazie SnBi mają szczytowe wymagania dotyczące rozpływu od 170°C do 190°C.
Chociaż obecnie nie ma standardowych stopów lutowniczych do lutowania w niskich temperaturach, najpopularniejsze z nich zawierają bizmut. Wynika to z faktu, że inne kandydujące pierwiastki, które mogą przyczynić się do obniżenia temperatury topnienia w przypadku stopu z cyną - takie jak kadm, gal i ind - są albo toksyczne, albo znacznie droższe.
Jakie są zalety i zastosowania lutowania w niskich temperaturach?
Podstawowym zastosowaniem lutowania niskotemperaturowego jest technologia montażu powierzchniowego (SMT) do montażu urządzeń elektronicznych. Jednym z wyzwań SMT jest ryzyko wypaczenia. Wypaczenie może wystąpić, gdy komponenty są narażone na działanie wysokich temperatur podczas procesu lutowania. Lutowanie niskotemperaturowe może pomóc zmniejszyć to ryzyko i poprawić niezawodność połączeń.
Bardziej kompletna lista zalet lutowania niskotemperaturowego obejmuje:
- Zmniejszone wypaczanie: Niższe temperatury zmniejszają wypaczanie komponentów i podłoża podczas montażu, co z kolei zmniejsza ryzyko wystąpienia wad typu non-wet open (NWO) i poprawia niezawodność produktu.
- Niższe koszty materiałów: Stosując lutowie o niższej temperaturze, producenci mogą wykorzystywać tańsze tworzywa sztuczne i inne materiały, obniżając ogólne koszty.
- Zwiększona elastyczność projektowania: Niskotemperaturowe spoiwa lutownicze umożliwiają większą elastyczność projektowania, ponieważ cieńsze i mniejsze komponenty mogą być używane bez ryzyka wypaczenia podczas montażu.
- Zmniejszony wpływ na środowisko: Lutowanie niskotemperaturowe skutkuje zmniejszonym zużyciem energii i związanymi z tym korzyściami dla środowiska, co czyni je bardziej zrównoważoną opcją.
- Niższe koszty przetwarzania: Niskotemperaturowe spoiwa lutownicze mogą być tańsze w przetwarzaniu niż spoiwa wysokotemperaturowe, ponieważ wymagają mniej energii.
Te potencjalne korzyści sprawiają, że lutowanie niskotemperaturowe jest obiecującym obszarem dla przyszłych innowacji i rozwoju. Zastosowania konsumenckie i jednorazowe będą prawdopodobnie wczesnymi użytkownikami ze względu na korzyści kosztowe. Jednak inne branże będą musiały dokładnie rozważyć dostępne opcje, stosunek ryzyka do zysku oraz zasoby wymagane do opracowania opłacalnego procesu montażu w niskiej temperaturze.
Jakie są obecne wyzwania w lutowaniu niskotemperaturowym?
Pomimo potencjalnych korzyści płynących z lutowania niskotemperaturowego, istnieje kilka wyzwań, które należy pokonać, aby z powodzeniem wdrożyć te materiały. Niektóre z kluczowych wyzwań obejmują:
Ograniczona dostępność i brak standardu
Obecnie dostępnych jest kilka opcji dla lutów niskotemperaturowych, a główną opcją są stopy SnBi. Stopy SnBi mają jednak kilka wad w porównaniu z materiałami opartymi na SAC, w tym gorszą wydajność mechaniczną i zmęczenie cieplne. Ogranicza to ich potencjalne zastosowanie w niektórych aplikacjach i branżach.
Dodawanie pierwiastków śladowych i dodatków może poprawić wydajność i jest często wykonywane w celu spełnienia wymagań konkretnego zastosowania. Jednak przy tak wielu zmiennych wejściowych, elementach składowych, elementach dodatkowych oraz ich ilości i wpływie na wydajność stopu lutowniczego, jest mało prawdopodobne, aby pojedynczy stop niskotemperaturowy spełniał wszystkie lub nawet większość wymagań aplikacji. W rezultacie "standard" dla lutowania niskotemperaturowego jeszcze się nie wyłonił.
Wady stopów o wysokiej zawartości bizmutu
Stopy o wysokiej zawartości bizmutu wykazują kruchość, która może wpływać zarówno na wydajność procesu, jak i niezawodność produktu. Zwiększenie stosunku cyny do bizmutu może zmniejszyć kruchość, ale zwiększa również zakres pastowatości, potencjalnie utrudniając osiągnięcie dobrego lutowania.
Podczas gdy pierwiastki dodatkowe, takie jak srebro, miedź, antymon i nikiel, mogą poprawić właściwości mechaniczne i termiczne stopów bizmutu, pierwiastki te mogą również wpływać na plastyczność stopu, temperaturę topnienia i charakterystykę przetwarzania. Osiągnięcie równowagi między wydajnością stopu a możliwościami produkcyjnymi może być trudne.
Potrzeba nowych systemów strumieniowych
Unikalne właściwości stopów zawierających bizmut wymagają opracowania zupełnie nowych systemów topników, aby zapewnić udane lutowanie. Wpływ wykończenia powierzchni, cynowania komponentów i innych lutowanych powierzchni na te systemy topników nie został jeszcze jasno zdefiniowany. Wyzwania te podkreślają potrzebę ciągłych badań i rozwoju.
Znaczenie poszukiwania wskazówek u dostawców lutowia
Ważne jest, aby szukać wskazówek u dostawców lutów, którzy mogą zapewnić cenny wgląd w dostępne opcje i pomóc producentom wybrać odpowiedni stop lutowniczy do konkretnego zastosowania.
Dostawcy lutowia mogą również udzielić wskazówek dotyczących opracowania opłacalnego procesu montażu w niskiej temperaturze, w tym wyboru odpowiedniego systemu topnika, optymalizacji parametrów procesu oraz identyfikacji potencjalnych zagrożeń i wyzwań.
Współpraca z renomowanym dostawcą lutowia może również pomóc producentom być na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami w dziedzinie lutowania niskotemperaturowego i korzystać z nowych innowacji i postępów w tej dziedzinie. Wyprzedzając konkurencję, producenci mogą pozostać konkurencyjni i zapewnić, że ich produkty są zoptymalizowane pod kątem wydajności i niezawodności.
Pierwotnie opublikowane w Montaż obwodów, marzec 2024 r.
