Úvod
Priemyselné brány sú ako hlavné centrá internetu vecí (IoT){0}} široko nasadené v drsných prostrediach, ako sú exteriéry, rozvodne a továrne. Tieto prostredia sú často vystavené bleskom{2}}indukovaným prepätiam a spínacím prepätiam z energetických systémov, ktoré môžu generovať okamžité prepätia až niekoľko tisíc voltov, zvyčajne trvajúce rádovo mikrosekúnd. Ak ochrana zlyhá, intenzívny prúd môže okamžite vypáliť komunikačné moduly brány a riadiace čipy jadra. Na vytvorenie elektromagnetického tienenia sú rozhrania priemyselných brán zvyčajne vybavené výbojovými obvodmi, ktoré pozostávajú z plynových výbojok, varistorov a diód na potlačenie prechodného napätia. Počas fázy výroby PCBA kvalita spájkovania týchto komponentov prepäťovej ochrany priamo určuje, či celá cesta výboja odolá prúdovým rázom s vysokou-intenzitou.
Spôsoby poškodenia a ochranné mechanizmy pre jadrové čipy priemyselných brán spôsobené prepätím blesku
Keď dôjde k externému úderu blesku, prechodná nárazová energia prenikne do brány cez rozhranie Ethernet, zbernicu RS485 alebo kolíky napájania. Ak je impedancia ochranného obvodu príliš vysoká alebo sa vyskytnú chyby vo fyzických spojeniach, rázové napätie sa priamo privedie na kolíky GPIO alebo interné transceivery hlavného riadiaceho čipu, čo spôsobí elektrické preťaženie a vyhorenie polovodičovej štruktúry. V komplexnom systéme ochrany musia komponenty ochrany pred bleskom viesť v priebehu mikrosekúnd alebo dokonca nanosekúnd, aby odviedli vysokú energiu na zem a obmedzili zvyškové napätie na rozsah, ktorý jadro čipu vydrží. Táto cesta fyzického výboja vyžaduje, aby každý spájkovaný spoj vo výrobnom procese PCBA mal extrémne nízky ekvivalentný sériový odpor (ESR) a extrémne nízku ekvivalentnú sériovú indukčnosť (ESL). Ak spájkovaný spoj obsahuje mikroskopické defekty, ktoré je ťažké odhaliť voľným okom, pri vystavení štandardnému nárazovému skúšobnému prúdu 8/20 mikrosekúnd sa môže chybná oblasť roztaviť, prasknúť alebo dokonca spôsobiť oddelenie samotného komponentu od podložky v dôsledku okamžitého lokalizovaného prehriatia (efekt vyhrievania Joule), čím sa následná ochrana stane úplne neúčinnou.
Úzke miesto procesu spájkovania spôsobené vysokou tepelnou kapacitou komponentov prepäťovej ochrany
Na dosiahnutie vysokej prúdovej{0}}kapacity sú súčasti priemyselnej{1}}prepäťovej ochrany často vybavené veľkoobjemovými-balíkmi, hrubými vodičmi alebo veľkoplošnými podložkami na odvádzanie tepla-veľkej-oblasti. Napríklad vysokovýkonné diódy TVS bežne používajú obaly SMB alebo SMC, zatiaľ čo keramické plynové výbojky obsahujú hrubé elektródy z ťažkého kovu. Tieto fyzikálne vlastnosti majú za následok veľké nerovnomernosti tepelnej kapacity počas procesuSMT reflow spájkovanieetapa. Pretože zariadenia na ochranu proti prepätiu absorbujú obrovské množstvo tepla, nárast teploty v tejto oblasti je výrazne pomalší ako nárast okolitých malých odporov a kondenzátorov na povrch-. Ak sa pri výrobe PCBA použijú konvenčné teplotné profily pece používané v spotrebnej elektronike, je vysoko pravdepodobné, že spájkovacia pasta na vývodoch zariadení na ochranu proti prepätiu sa úplne neroztopí alebo že sa medzi vývodmi a podložkami PCB nevytvorí rovnomerne hrubá vrstva intermetalickej zlúčeniny (IMC). Tento stav,-keď sa zdá, že povrch je pokrytý, ale interiér v skutočnosti nie je eutektický, čo vedie k studeným spájkovaným spojom alebo spájkovaniu za studena,-predstavuje najväčšie riziko pre priemyselné-brány počas následného testovania vysokým-prepätím.
Optimalizácia parametrov spájkovania pretavením a kontrola vrstvy mikroštruktúrnej zliatiny
Na prekonanie chýb pri spájkovaní súčiastok s vysokou tepelnou hmotnosťou musia procesní inžinieri presne upraviť distribúciu teploty bezolovnatého{0}}spájkovania pretavením a vytvoriť špeciálne teplotné okno. Pri doskách s plošnými spojmi obsahujúcimi vysokoprúdové prepäťové ochranné prvky musia byť zóny predhrievania a vyrovnávania procesu pretavenia primerane rozšírené. V zóne vyrovnávania teploty (160 stupňov až 190 stupňov) musí byť trvanie zachované 100 až 120 sekúnd, aby sa hrubým kovovým vedeniam poskytol dostatočný čas na absorbovanie tepla a minimalizácia teplotných rozdielov na doske. Pri vstupe do spájkovacej zóny musí byť špičková teplota prísne kontrolovaná medzi 242 stupňami a 248 stupňami, pričom sa zabezpečí, že vodiče zariadení na ochranu proti prepätiu zostanú nad čiarou likvidu (217 stupňov) po dobu 65 až 75 sekúnd. Presný prísun energie umožňuje, aby aktívne zložky v spájkovacej paste fungovali naplno, čím sa podporuje tvorba ideálnej vrstvy intermetalickej zlúčeniny (IMC) s hrúbkou 1 až 3 mikrometre medzi medenými vankúšikmi a zliatinou cínu. To zaisťuje, že spájkované spoje nielenže vykazujú dobrú elektrickú vodivosť, ale majú aj mechanickú pevnosť v ťahu potrebnú na to, aby odolali vysokým-prúdovým rázom.
Presný dizajn oceľovej siete a prísna kontrola pórovitosti
V prípade zariadení na ochranu pred bleskom je pórovitosť spájkovaných spojov rozhodujúca pre ich aktuálnu-únosnosť. Nadmerná pórovitosť znižuje efektívnu-prierezovú plochu vodivého spoja. Keď pretekajú nárazové prúdy niekoľkých ampérov alebo dokonca desiatok ampérov, v oblastiach s vysokou pórovitosťou môže dôjsť k lokalizovanej elektromigrácii a tepelnému úniku v dôsledku náhleho nárastu hustoty prúdu. Kontrola kvality sa musí súčasne zaoberať návrhom šablóny a výberom spájkovacej pasty. V prípade zariadení na ochranu proti prepätiu s veľkoplošnými podložkami odvádzajúcimi teplo-sú prísne zakázané; namiesto toho sa musí použiť mriežkový{9}}alebo šachovnicový vzor otvorov s pomerom otvorenej plochy zvyčajne obmedzeným na 65 % až 75 %, aby sa zabezpečil dostatočný únik prietokového plynu počas spájkovania pretavením. Vo výrobnom závode PCBA, röntgenové kontrolné zariadenie musí byť nasadený na vykonanie 100 % nedeštruktívneho{1}}testovania komponentov prepäťovej ochrany. Kritériá akceptácie kvality stanovujú, že plocha akejkoľvek jednotlivej medzery v spájkovacom spoji komponentu prepäťovej ochrany nesmie presiahnuť 10 % a celková miera pórovitosti musí byť prísne obmedzená na 15 % alebo menej, čím sa eliminujú akékoľvek potenciálne horúce miesta koncentrácie prúdu.
Zvýšenie odolnosti priemyselných{0}}brán proti prepätiu pred bleskom nie je len dôkazom odborných znalostí v oblasti návrhu obvodov, ale aj vyvrcholením-vysokoštandardných výrobných procesov. Každý spájkovaný spoj, ktorý obstojí v prísnom testovaní, je odrazovým mostíkom k stabilnej prevádzke-kvalitných produktov.
Rýchle fakty o NeoDene
1) Založená v roku 2010, 200 + zamestnancov, 27000+ m2. továreň.
2) Produkty NeoDen: Stroje PnP rôznych sérií, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Reflow Oven série IN, ako aj kompletný rad SMT zahŕňa všetko potrebné vybavenie SMT.
3) Úspešní zákazníci 10000+ na celom svete.
4) 40+ Globálni zástupcovia v Ázii, Európe, Amerike, Oceánii a Afrike.
5) Centrum výskumu a vývoja: 3 oddelenia výskumu a vývoja s 25+ profesionálnymi inžiniermi výskumu a vývoja.
6) Zaradený s CE a má 70+ patentov.
7) 30+ inžinierov kontroly kvality a technickej podpory, 15+ senior medzinárodných predajcov, za včasnú odpoveď zákazníkov do 8 hodín a poskytovanie profesionálnych riešení do 24 hodín.