Информационный портал по технологиям производства электроники
Получение качественных паяных соединений с уменьшенным образованием пустот при монтаже светодиодов на платы с металлическим основанием - ЭЛИНФОРМ
На главную страницу Обратная связь Карта сайта


Продвижение продукции, услуг и решений Реклама на портале
Подготовка технических и аналитических материалов, обзоры, информационный мониторинг Информационные услуги
Профессиональный перевод технических материалов: статей, инструкций, руководств, стандартов и проч. Технический перевод
Подписка на новости Подписаться на новости



Авторизация


Главная » Техническая информация » Статьи » Получение качественных паяных соединений с уменьшенным образованием пустот при монтаже светодиодов на платы с металлическим основанием
12 февраля 2013

Получение качественных паяных соединений с уменьшенным образованием пустот при монтаже светодиодов на платы с металлическим основанием

Оглавление:
  1. Получение качественных паяных соединений с уменьшенным образованием пустот при монтаже светодиодов на платы с металлическим основанием
  2. Получение качественных паяных соединений с уменьшенным образованием пустот при монтаже светодиодов на платы с металлическим основанием. Результаты теста на наличие и количество пустот

Статья предоставлена компанией «Itecs»
www.alphametals.ru
Впервые опубликовано в журнале «Производство электроники: технологии, оборудование, материалы», №2/2012

Автор: Виталий Щекин
info@alphametals.ru

Сборки на основе твердотельных светодиодов должны отвечать высоким требованиям стандарта Energy Star, категории «А», который в том числе регламентирует номинальный срок службы B50/L70 после 35 000 часов работы для уличного освещения и применений «вне дома». Паяные соединения с низким количеством пустот имеют решающее значение для обеспечения долгосрочной стабильности и надежности параметров светодиодных сборок.

Два типа металлических подложек, четыре различных сплава для паяльной пасты и один тип светодиодов на керамической подложке будут оценены в этом исследовании, посвященном разработке процесса пайки с низким количеством пустот. По результатам исследования будут сформулированы принципы и рекомендации для достижения высоких показателей качества сборок.

Введение

В последнее время высокими темпами растет роль светодиодов в секторе осветительных устройств. Преимуществами светодиодных источников света по сравнению с альтернативными конкурирующими технологиями являются их универсальность и продолжительный срок эксплуатации. Как сама LED-сборка, так и дизайн излучателя критичны для обеспечения производительности и надежности, требуемых при применении в коммерческих целях.

Ожидания клиентов по отношению к светодиодным светильникам очень высоки из-за относительно высокой стоимости подобных изделий. Согласно критериям Energy Star, категории «А», при использовании для коммерческих и уличных бытовых применений необходимо сохранение как минимум у 50% светодиодов 70% светового потока относительно исходного уровня после 35000 часов (либо трех лет) работы. Для высокой надежности, длительного срока службы, поддержания стабильного цветового диапазона светодиодные фонари должны иметь исключительное качество сборки, то есть паяное соединение светодиодного модуля и подложки должно иметь минимальное количество пустот для обеспечения минимально возможного теплового сопротивления и, как следствие, лучшего теплоотведения.

Материалы и компоненты для исследования

Материалы и компоненты были выбраны на основе легкодоступных светодиодных сборок, паяльных паст и плат с металлическим основанием.

Мощные светодиоды

В данной статье будут рассматриваться светодиоды InGaN (рис. 1).


Рис. 1. Строение InGaN диода

Это компактный диод для поверхностного монтажа, имеющий высокую светоотдачу и превосходные тепловые характеристики.

Платы с металлическим основанием и платы на основе FR4

LED-модуль является SMD-компонентом и может быть смонтирован как на обычную печатную плату из FR4, так и на плату с металлическим основанием (MCPCB – Metal Core Printed Circuit Board). MCPCB имеет тонкий слой диэлектрика с хорошей теплопроводностью, нанесенный на медную или алюминиевую основу, которая выступает в качестве радиатора и обеспечивает лучшее рассеивание тепла.

Каждый из рассматриваемых в исследовании материалов для печатных плат имеет свои преимущества и ограничения. Например, платы на основе FR4 с открытыми или запаянными переходными отверстиями – это недорогое решение для стандартных бытовых применений. MCPCB – более жесткие, по сравнению с платами на основе FR4, и благодаря улучшенным тепловым характеристикам позволяют гораздо эффективнее отводить тепло. Участок MCPCB платы, состоящей из 36 заготовок в массиве 6х6, рассматриваемый в данной статье, показан на рисунке 2.


Рис. 2. Участок MCPCB платы

Разрез платы показан на рисунке 3.


Рис. 3. Строение платы MCPCB

В статье будут рассматриваться платы с двумя видами диэлектриков, обозначаемых далее как А и B:

  • MCPCB с диэлектриком А имеет минимальное тепловое сопротивление и более эффективно отводит тепло от работающих элементов по сравнению с обычными печатными платами, что имеет важное значение для LED-сборок.
  • MCPCB с диэлектриком Б имеет небольшое тепловое сопротивление и предназначен для снижения нагрузки на паяные соединения в системах, где имеется большое несоответствие между коэффициентом теплового расширения (КТР) компонентов для поверхностного монтажа и подложки MCPCB. Данный диэлектрик также рекомендуется для применения в сборках, предназначенных для работы в широком диапазоне температур и при большом числе температурных циклов, в то же время, он имеет хорошие тепловые характеристики.

Соотношение между КТР диэлектрика и припоя во всем температурном диапазоне применений конечного изделия является основным фактором, определяющим, в каком месте будет проявляться механическое напряжение между SMD-компонентами и базовым материалом MCPCB.

Диэлектрик А имеет тот же порядок КТР, что и большинство диэлектриков для MCPCB, и может быть обозначен как «стандартный» материал в свете рассмотрения надежности паяных соединений.

В таблице 1 указаны материалы и параметры используемых MCPCB, с покрытием из иммерсионного золота (с подслоем электролизного никеля, ENIG).

Таблица 1. Используемые материалы MCPCB
Имя слоя Материал, толщина
Металлическая основа

Алюминий, 1,57 мм

Диэлектрик

А: 76 мкм; Б: 102 мкм

Проводник

Медь: 35 мкм

Паяльные пасты

Для исследования были выбраны четыре разных паяльных пасты (с четырьмя разными сплавами). Все пасты изготовлены с использованием порошка припоя типа 3 и содержание металла в пасте 88-90%. Подробнее о пастах:

  • Паяльная паста А. Безотмывная, безгалогеновая, бессвинцовая паста со сплавом SAC305, разработанная для широкого спектра применений. Данная паста имеет широкое окно рабочего процесса и обеспечивает отличные эксплуатационные характеристики и высокую производительность.
  • Паяльная паста B. Безотмывная, безгалогеновая, бессвинцовая паста со сплавом Maxrel™ , разработанная для высокоточных (finepitch) применений. Сплав Maxrel™ отличается от остальных высокотемпературных припоев выдающимися показателями стойкости к циклическим изменениям температуры и виброустойчивости.
  • Паяльная паста С. Безотмывная, безгалогеновая, бессвинцовая паста со сплавом SACX Plus™ 0807, разработанная для высокоточных (finepitch) применений и имеющая уменьшенное до 0,8% содержание серебра для снижения затрат.
  • Паяльная паста D. Безотмывная, безгалогеновая, бессвинцовая паста, обеспечивающая низкотемпературный SMT-процесс благодаря пониженной температуре плавления (менее 140°С) сплава олово-висмут-серебро.

Процесс сборки модуля

В таблице 2 обозначено оборудование, использованное для производства LED-модулей.

Таблица 2. Используемое оборудование.

Оборудование Детали
Принтер

Speedline MPM UP3000 Ultraflex

Установщик SMD

Universal Advantis, FlexJetHead

Печь оплавления

Electrovert OmniFlo 7

Нанесение паяльной пасты

Паяльная паста наносится на установке MPM UP3000, используемый трафарет – Alpha© LaserCut c толщиной 127 мкм из нержавеющей стали, с размером апертуры, равным размеру площадки на MCPCB. Параметры печати указаны в таблице 3.

Таблица 3. Параметры печати.

Параметры печати Значение
Скорость печати

25,4 мм/с

Давление на ракель

268 г/см

Скорость отрыва платы

0,51 мм/с

Расстояние трафарет-плата

0 мм

Установка компонентов

Использовался установщик Universal Instrument`s Advantis совместно с модулем FlexJetHead. Был запрограммирован захват SMD-диодов, смещенный относительно центра, для обеспечения защиты светодиодной линзы от повреждений соплами установщика.

Оплавление

Оплавление происходило в печи Electrover OmniFlow 7, имеющей семь зон оплавления и две зоны охлаждения. Оплавление происходило в воздушной среде.

Измерение пустот

С помощью аппарата рентгеновского контроля Nikon XTV160 измерялся процент пустот (по площади) в получившихся точках пайки. Для каждой паяльной пасты и типа диэлектрика было произведено одинаковое количество испытаний и для всех сборок, минимум для 50% паяных соединений, было произведено измерение количества пустот.

Предварительный подбор термопрофиля

Предварительно были опробованы два типа профилей (наклонный профиль и профиль с выдержкой) для паяльной пасты на SAC305 и MCPCB с диэлектриком типа В, с целью определения наилучшего типа профиля для LED-сборок, на основе процентов пустот в паяном соединении. Результаты, показанные на рисунке 4, свидетельствуют о том, что термопрофиль с выдержкой дает меньшее количество пустот и меньшее их распространение.


Рис. 4. Распределение пустот в зависимости от типа профиля

Несмотря на это, прямой профиль также будет использован в данном тестировании. Профили для паст на основе высокотемпературных сплавов (SAC305, Maxrel™ и SACX Plus™0807) и для низкотемпературной пасты на основе олово-висмут-серебро показаны на рисунках 5 и 6 соответственно.


Рис. 5. Высокотемпературный профиль

Для паст на основе SAC305, SACX Plus™ 0807 и Maxrel™ характеристики профиля имеют выдержку – нагрев от 150 до 200°С в течение 115 секунд, пик в 240°С и время нахождения выше температуры плавления (TAL) – 67 секунд.


Рис. 6. Низкотемпературный профиль

Профиль для низкотемпературной пасты имеет такой же профиль с задержкой – нагрев от 110 до 115°С происходит за 75 секунд, время выше температуры плавления составляет 60 секунд.

Страницы статьи: 1  2 

Оцените материал

Оценка полезности информации:
Оценка полноты информации:  
Оценка изложения информации:  
Комментарий:  
 



Новое на форуме

Re: Дозатор высокой точности
продается автоматизированный склад SMD Tower
Продам печь конвекционного оплавления припоя Reddish Electronics SM500 СXE
Конвекционная печь для пайки оплавлением припойных паст DekTec Модель BM-W430

Последние новости

Автоматическая линия обработки плоских проводов БАУМ ЛЗ-50
подробнее
НПП «Родник» приглашает на популярный курс «Работа с САПР Altium Designer»
подробнее
Сертификация СИ цифровых запоминающих осциллографов
подробнее
Компания «Микран» приглашает на международную выставке «MetrolExpo-2017»
подробнее
Портфельная компания РОСНАНО АО «Оптиковолоконные Системы» подтверждает возможность применения отечественного оптического волокна в самых современных сетях связи
подробнее
Новые высококачественные анализаторы спектра серии SALUKI S3532 по привлекательной цене
подробнее
Сверхмощные светильники Росэлектроники испытывают на объектах нефтедобычи
подробнее
© “Элинформ” 2007-2017.
Информационный портал для производителей электроники:
монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства