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隨著(zhù)無(wú)鉛技術(shù)的成熟，目前已經(jīng)出現了可以用在高達140～150℃焊點(diǎn)溫度下的高溫焊錫合金，而且不會(huì )損失可靠性。一個(gè)例子是囊括了材料供應商、器件供應商和汽車(chē)系統開(kāi)發(fā)商的Innolot項目，該項目成功開(kāi)發(fā)出了包含SAC合金和用于重載電子設備組裝的無(wú)鹵素焊劑的焊錫膏。 隨著(zhù)為高工作溫度優(yōu)化的焊接材料在市場(chǎng)上出現，工程師能夠更自由地在更高環(huán)境條件中使用無(wú)鉛電子產(chǎn)品。這些條件包括汽車(chē)內的引擎倉(UTH)、傳動(dòng)或剎車(chē)系統，以及鉆井、采礦設備或工業(yè)驅動(dòng)裝置等其他應用。 然而，還有一些因素會(huì )在熱循環(huán)過(guò)程中影響焊點(diǎn)的可靠性。這些因素不僅包括焊錫合金的特性，也包括器件端接的設計和電鍍質(zhì)量。事實(shí)上，在無(wú)鉛焊接中，這些與器件有關(guān)的因素比在SnPb組裝中更加重要。 錫須生長(cháng)和焊點(diǎn)的破裂是無(wú)鉛組裝中引發(fā)故障的主要原因。業(yè)界開(kāi)發(fā)出了一種被稱(chēng)為“安全端接”的工藝，這種工藝能夠嚴格控制鍍的厚度和涂層，還使用了鎳襯層來(lái)減輕這些效應。例如，鎳襯層能夠阻斷金屬從焊點(diǎn)中浸出，從而保持最佳的金屬化合結構。在安全端接中使用低擴散的鎳合金提高了這種阻斷層的整體性。此外，密切控制鍍錫工藝，包括電流密度以及電解液的成分和純度，就能夠實(shí)現最優(yōu)的鍍錫厚度，從而減少錫須的生長(cháng)。 在接觸面設計上進(jìn)行更多的改進(jìn)能夠進(jìn)一步提高焊點(diǎn)的可靠性。端蓋附屬裝置的優(yōu)化方法，使用了規定的空氣緩沖器對焊點(diǎn)進(jìn)行應力釋放。這種方法能夠有效地解決由于CTE失配產(chǎn)生的應力，而CTE失配會(huì )導致焊點(diǎn)的破裂。在端蓋設計上作進(jìn)一步的改進(jìn)能夠將焊點(diǎn)上的應力減至最小，端蓋與PCB焊盤(pán)間的界面在設計時(shí)留出了一定空隙，可以讓焊錫在熱循環(huán)時(shí)發(fā)生蠕變。 用這種方法對端接進(jìn)行優(yōu)化能夠有效地改進(jìn)無(wú)鉛焊點(diǎn)的可靠性，前提條件是能夠對電鍍特性進(jìn)行足夠的控制。這只是能讓設計者采用最新的高溫焊接合金制造出用于更苛刻環(huán)境的系統的因素之一。但是也必須考慮器件本身的熱性能，尤其是涉及到薄膜電阻等大批量市場(chǎng)的器件時(shí)。與繞線(xiàn)電阻或功率密度更低的大尺寸厚膜電阻等相對較貴的專(zhuān)用器件相比，使用這類(lèi)器件能夠節省空間和成本。 必須克服的一個(gè)關(guān)鍵難題與此類(lèi)器件必須承受的最高中心溫度有關(guān)。對于最通用的電阻，制造商一般把125℃作為最高溫度，或者最多是155℃。假設采用0102或 0805這樣常用的工業(yè)標準外形尺寸的小尺寸，在有負載的情況下，電阻內散發(fā)的功率足以使已經(jīng)工作在接近150 ℃的最高焊點(diǎn)溫度下的器件變得過(guò)熱。 因此需要對薄膜電阻進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，才能使其能夠承受更高的膜溫。研究的核心問(wèn)題是提高薄膜材料的特性，以及制造薄膜貼片電阻時(shí)所采用的電絕緣系統。 改進(jìn)電阻膜 通用薄膜電阻的主要成分是使用鎳鉻技術(shù)的鎳鉻合金器件。Vishay Draloric/Beyschlag所做的最新研究已經(jīng)找出改進(jìn)這種基礎化合物的方法，使器件在相同的溫度和濕度范圍內具有更高的可靠性。這種方法是向鎳鉻基體中添加了第三種成分，優(yōu)化了基體并使電阻參數均勻分布。 這種新一代的薄膜使制造商能夠生產(chǎn)出可以承受175℃表面溫度的薄膜電阻，并且在達到或高于增強型無(wú)鉛焊錫合金的最高允許工作溫度155 ℃時(shí)也很穩定。這種新混合物還進(jìn)行了工程處理，具有更高的活化能量，可提高穩定性(系數為10)和可靠性。 高溫噴漆系統 Vishay還開(kāi)發(fā)了一個(gè)高溫噴漆系統，這個(gè)系統能夠在高達175℃的溫度下持續使用，并在器件的壽命周期內實(shí)現密封和防潮。這種專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的系統充滿(mǎn)了環(huán)氧丙烯酸酯，已經(jīng)發(fā)布并通過(guò)了在175℃級別上限溫度下進(jìn)行的1000小時(shí)存儲的系列試驗，通過(guò)了HAST 121規定的潮濕度等級(高加速溫度和濕度應力試驗)試驗。 通過(guò)采用優(yōu)化的端接和新的薄膜技術(shù)及封裝材料，使新一代的薄膜電阻實(shí)現了在以往同等外形尺寸的大批量市場(chǎng)電阻上不曾見(jiàn)過(guò)的穩定性、可靠性和高負載。比較最新高溫(HT) MMU0102薄膜電阻(相當于0805的外形尺寸)與傳統的MICRO_MELF薄膜同等產(chǎn)品，以及相應的采用0805和0603封裝的商用電阻的性能，與厚膜技術(shù)相比，HT增強型電阻具有明顯高出一籌的帶負載能力，在基礎功率密度上要優(yōu)于薄膜技術(shù)。 結論 在無(wú)鉛焊錫合金上取得的最新進(jìn)展使設計者在裝配汽車(chē)或工業(yè)系統時(shí)信心倍增，這些應用的目標環(huán)境會(huì )碰到持續高溫、寬范圍的溫度循環(huán)，以及需要高可靠性。使用這些焊錫，工作溫度可持續保持在155℃的高溫下，而不會(huì )犧牲焊點(diǎn)的可靠性。但是，對于傳統的薄膜電阻來(lái)說(shuō)，這種溫度已經(jīng)接近了最高的推薦溫度。即便是相對較小的負載電流，歐姆加熱也會(huì )使器件的溫度超過(guò)最高推薦溫度，使穩定性和可靠性大打折扣。 新型薄膜電阻技術(shù)使用了優(yōu)化的器件端接和高溫材料，在比目前采用無(wú)鉛技術(shù)的表面貼裝器件所能達到的恒定或更高級別負載下，新電阻能保證在高溫應用中的性能，同時(shí)還要達到更高的穩定性和更小的尺寸。采用MINI-MELF尺寸(0.5W，相當于1206尺寸)和矩形芯片尺寸(車(chē)用系列，額定溫度為175 ℃)的類(lèi)似高溫電阻器件也已經(jīng)出現了。 |
