Introducere
Fiind punctele centrale ale Internetului obiectelor (IoT), gateway-urile industriale-sînt implementate pe scară largă în medii dure, cum ar fi în aer liber, substații și fabrici. Aceste medii sunt adesea supuse supratensiunilor induse de fulgere-și de comutare de la sistemele de alimentare, care pot genera supratensiuni instantanee de până la câteva mii de volți, care durează de obicei de ordinul microsecundelor. Dacă protecția eșuează, curentul intens poate arde instantaneu modulele de comunicație ale gateway-ului și cipurile de control de bază. Pentru a stabili un scut electromagnetic, interfețele gateway-urilor industriale sunt de obicei echipate cu circuite de descărcare constând din tuburi cu descărcare în gaz, varistoare și diode de suprimare a tensiunii tranzitorii. În timpul etapei de fabricație a PCBA, calitatea lipirii acestor componente de protecție la supratensiune determină în mod direct dacă întreaga cale de descărcare poate rezista la supratensiuni de curent de mare-intensitate.
Căi de deteriorare și mecanisme de protecție pentru cipurile de bază ale gateway-urilor industriale cauzate de supratensiunile fulgerelor
Când are loc un fulger în exterior, energia de supratensiune tranzitorie ajunge în gateway prin interfața Ethernet, magistrala RS485 sau pinii sursei de alimentare. Dacă impedanța circuitului de protecție este prea mare sau există defecte în conexiunile fizice, supratensiunea va fi aplicată direct la pinii GPIO sau la transceiver-urile interne ale cipului principal de control, provocând suprasarcină electrică și arderea structurii semiconductoare. Într-un sistem de protecție cuprinzător, componentele de protecție împotriva trăsnetului trebuie să conducă în microsecunde sau chiar nanosecunde pentru a redirecționa energia ridicată către pământ și pentru a limita tensiunea reziduală la un interval pe care cipul de bază îl poate rezista. Această cale fizică de descărcare necesită ca fiecare îmbinare de lipire din procesul de fabricație PCBA să aibă rezistență echivalentă în serie (ESR) extrem de scăzută și inductanță în serie echivalentă extrem de scăzută (ESL). Dacă o îmbinare de lipire conține defecte microscopice care sunt greu de detectat cu ochiul liber, atunci când este supusă unui curent de test standard de 8/20 de microsecunde, zona defectuoasă se poate topi, crapa sau chiar poate provoca desprinderea componentei în sine de pe placă din cauza supraîncălzirii localizate instantanee (efectul de încălzire Joule), făcând protecția ulterioară complet ineficientă.
Gâtul de sticlă a procesului de lipire cauzat de capacitatea termică ridicată a componentelor de protecție la supratensiune
Pentru a obține o capacitate ridicată de purtare a curentului-, componentele de protecție la supratensiune de calitate industrială-dispun adesea de pachete de-volum mare, cabluri groase sau plăcuțe de-zonă mare-de disipare a căldurii. De exemplu, diodele TVS de mare-putere folosesc în mod obișnuit pachete SMB sau SMC, în timp ce tuburile ceramice cu descărcare în gaze au electrozi groși, din metale grele. Aceste caracteristici fizice au ca rezultat denivelări severe ale capacității termice în timpulLipire prin reflow SMTetapă. Deoarece dispozitivele de protecție la supratensiune absorb o cantitate masivă de căldură, creșterea temperaturii în această zonă este semnificativ mai lentă decât cea a rezistențelor și condensatoarelor mici de suprafață-din jur. Dacă profilele de temperatură convenționale ale cuptorului utilizate în electronicele de larg consum sunt aplicate în timpul fabricării PCBA, este foarte probabil ca pasta de lipit de la cablurile dispozitivelor de protecție la supratensiune să nu se topească complet sau ca un strat uniform de gros de compus intermetalic (IMC) să nu se formeze între cabluri și plăcuțele PCB. Această condiție-în care suprafața pare să fie acoperită, dar interiorul nu este de fapt eutectic, rezultând îmbinări de lipire la rece sau lipire la rece-prezintă cel mai mare risc pentru gateway-urile de calitate-industrială în timpul testării ulterioare de-supratensiuni de înaltă tensiune.
Optimizarea parametrilor de lipire prin reflux și controlul stratului de aliaj microstructural
Pentru a depăși defectele de lipire ale componentelor cu masă termică mare, inginerii de proces trebuie să ajusteze cu precizie distribuția temperaturii lipirii prin reflux{0}}fără plumb și să stabilească o fereastră de temperatură dedicată. Pentru plăcile de circuite care conțin componente de protecție la supratensiune cu curent ridicat-, zonele de preîncălzire și egalizare ale procesului de reflux trebuie extinse în mod corespunzător. În zona de egalizare a temperaturii (160 de grade până la 190 de grade), durata trebuie menținută timp de 100 până la 120 de secunde pentru a permite cablurilor de metal groase suficient timp pentru a absorbi căldura și pentru a minimiza diferențele de temperatură la nivel global. La intrarea în zona de lipit, temperatura de vârf trebuie controlată cu strictețe între 242 și 248 de grade, asigurându-se că cablurile dispozitivelor de protecție la supratensiune rămân deasupra liniei lichidus (217 grade) timp de 65 până la 75 de secunde. Aportul precis de energie permite componentelor active din pasta de lipit să funcționeze pe deplin, promovând formarea unui strat ideal de compus intermetalic (IMC) cu o grosime de 1 până la 3 micrometri între plăcuțele de cupru și aliajul de staniu. Acest lucru asigură că îmbinările de lipit nu numai că prezintă o conductivitate electrică bună, ci și rezistența mecanică la tracțiune necesară pentru a rezista la supratensiuni de curent-înalte.
Design de precizie a plasei de oțel și control strict al porozității
Pentru dispozitivele de protecție împotriva trăsnetului, porozitatea din îmbinările de lipit este esențială pentru capacitatea lor actuală de transport-. Porozitatea excesivă reduce secțiunea transversală-conductivă efectivă a îmbinării de lipit. Când curg curenți de mai mulți amperi sau chiar zeci de amperi, zonele cu porozitate ridicată pot prezenta electromigrare localizată și evadare termică din cauza unei creșteri bruște a densității curentului. Controlul calității trebuie să abordeze atât designul șablonului, cât și selecția pastei de lipit simultan. Pentru dispozitivele de protecție la supratensiune cu tampoane de-zonă mare de disipare a căldurii-, sunt strict interzise modelele care prezintă deschideri de-zonă solidă; în schimb, trebuie adoptat un model de deschideri asemănător cu grila-sau în șah, cu raportul suprafeței deschise limitat în mod obișnuit la între 65% și 75% pentru a asigura canale suficiente pentru ca fluxul de gaz să scape în timpul lipirii prin reflow. La locul de producție PCBA, Echipamente de inspecție cu raze X- trebuie să fie implementat pentru a efectua teste 100% ne-distructive asupra componentelor de protecție la supratensiune. Criteriile de acceptare a calității stipulează că suprafața oricărui gol unic dintr-o îmbinare de lipire a componentei de protecție la supratensiune nu trebuie să depășească 10%, iar rata totală a golurilor trebuie să fie strict limitată la 15% sau mai puțin, eliminând astfel orice posibile puncte fierbinți de concentrare a curentului.
Îmbunătățirea rezistenței la supratensiune a gateway-urilor industriale-nu este doar o dovadă a expertizei în proiectarea circuitelor, ci și punctul culminant al proceselor de fabricație-standard înalt. Fiecare îmbinare de lipit care rezistă la teste riguroase este o piatră de temelie către funcționarea stabilă a produselor de-înaltă calitate.
Informații rapide despre NeoDen
1) Înființată în 2010, 200 + angajați, 27000+ mp. fabrică.
2) Produse NeoDen: mașini PnP din diferite serii, NeoDen YY1, NeoDen4, NeoDen5, NeoDen K1830, NeoDen9, NeoDen N10P. Seria IN Oven Oven Reflow, precum și linia SMT completă includ toate echipamentele SMT necesare.
3) 10000+ clienți de succes din întreaga lume.
4) 40+ Agenți globali acoperiți în Asia, Europa, America, Oceania și Africa.
5) Centrul de cercetare și dezvoltare: 3 departamente de cercetare și dezvoltare cu 25+ ingineri profesioniști de cercetare și dezvoltare.
6) Listat cu CE și a primit 70+ brevete.
7) 30+ ingineri de control al calității și asistență tehnică, 15+ vânzări internaționale senior, pentru clienții care răspund la timp în termen de 8 ore și soluții profesionale care oferă în 24 de ore.