Streszczenie: W związku z utrzymującą się tendencją do miniaturyzacji komponentów mocy, bezstratne przewodnictwo cieplne złączy lutowanych w procesach SMT zyskuje coraz większe znaczenie. Dlatego rola wolnych od pustych połączeń lutowniczych w elektronice elektroenergetycznej staje się bardziej centralna. Pustki powstające podczas lutowania zmniejszają faktyczny transfer ciepła i mogą powodować uszkodzenie termiczne elementów mocy aż do ich awarii. Z tego powodu Ersa GmbH opracowała nową technikę w celu zminimalizowania tworzenia się tych pustych przestrzeni podczas procesu lutowania i przetestowała jej praktyczność w procesach lutowania przemysłowego, a także jej wpływ na czas procesu1.
Rezultatem tego rozwoju jest uniwersalna technika zmniejszania pustych przestrzeni w ciekłym lutu między komponentem a PCB poprzez zastosowanie mechanicznego sinusoidalnego uruchomienia. Przede wszystkim PCB jest stymulowane przez falę podłużną o amplitudzie mniejszej niż 10 µm na poziomie PCB. Podczas tego sinusoidalnego uruchamiania PCB w określonym zakresie częstotliwości, rezonanse tego obszaru są stymulowane niezależnie od układu PCB. Niska częstotliwość początkowa stymulacji zamiatania zapewnia łagodne, jednorodne rozchodzenie się wibracji w PCB, bez uszkadzania łańcuchów cząsteczek (np. We FR-4). Intensyfikacja częstotliwości powoduje usztywnienie podłoża PCB, wzrost modułu sprężystości oraz, ze względu na zmniejszony współczynnik tłumienia, lepsze przenoszenie energii ciekłego lutu. W ten sposób wibracje usuwają obszary o małej gęstości, tak zwane puste przestrzenie z połączenia lutowanego. Ponieważ sinusoidalne zadziałanie PCB w określonym zakresie częstotliwości jest uruchamiane w całym spektrum tego zakresu, stymulowane są również wszystkie autorezonanse PCB w tym zakresie częstotliwości. W ten sposób płynne lutowie jest wielokrotnie stymulowane przez propagację wibracji we względnym ruchu ścinającym, co prowadzi do zmniejszenia pustek w złączu lutowniczym. Stymulacja zamiatania na komponentach jest absorbowana głównie przez płynne lutowie, które chroni komponenty przed uszkodzeniami spowodowanymi przenoszeniem wibracji. Pozytywnymi efektami ubocznymi stymulacji wymiatania jest centrowanie elementów na padzie i optymalne rozłożenie lutu na padzie. Proces minimalizacji pustek odbywa się w ciągu kilku sekund, nie powodując znaczącego wydłużenia czasu cyklu2.
Decydujące znaczenie dla procesu minimalizacji pustek ma stymulacja wystarczającej liczby rezonansów własnych. W tym celu przeprowadzono modele symulacyjne trybów własnych i liczne badania na rzeczywistych płytkach drukowanych. Przeanalizowano między innymi wpływ zwiększenia modułu elektronicznego na każdą indywidualną częstotliwość rezonansową stymulowaną podczas przemiatania i przekazanie energii z tego działania przemiatania na szybkość minimalizacji pustki. Tutaj istnieje bezpośredni związek między liczbą trybów własnych a wynikiem minimalizacji pustki.