Abstract: Vanwege de aanhoudende trend naar miniaturisatie van vermogenscomponenten wordt de verliesvrije thermische geleidbaarheid van soldeerverbindingen in SMT-processen steeds belangrijker. Daarom wordt de rol van holtevrije soldeerverbindingen in vermogenselektronica centraler. De ontwikkeling van holtes tijdens het solderen vermindert de daadwerkelijke thermische overdracht en kan thermische schade veroorzaken aan de voedingscomponenten tot hun storing. Om deze reden heeft Ersa GmbH een nieuwe techniek ontwikkeld om de vorming van die holtes tijdens het soldeerproces te minimaliseren en de bruikbaarheid ervan in industriële soldeerprocessen en de invloed ervan op de procestijd getest1.
Het resultaat van deze ontwikkeling is een universele techniek om lege ruimtes in het vloeibare soldeer tussen component en PCB te verminderen door een mechanische sinusvormige actuatie toe te passen. In de eerste plaats wordt de PCB gestimuleerd door een longitudinale golf met een amplitude van minder dan 10 µm op het PCB-niveau. Tijdens deze sinusvormige activering van de PCB in een gedefinieerd frequentiebereik worden de zelfresonanties van dit gebied gestimuleerd, ongeacht de lay-out van de PCB. De lage startfrequentie van de sweepstimulatie zorgt voor een zachte, homogene voortplanting van de trillingen in de PCB, zonder de molecuulketens te beschadigen (bijv. In FR-4). De intensivering van de frequentie veroorzaakt een verstijving van het PCB-substraat, een toename van de elasticiteitsmodulus en, vanwege de verminderde dempingsfactor, een verbeterde energietransmissie van het vloeibare soldeer. Daardoor worden gebieden met een lage dichtheid, zogenaamde holtes, uit de soldeerverbinding verplaatst door de trilling. Omdat een sinusvormige activering van de PCB in een bepaald frequentiebereik wordt geactiveerd over het volledige spectrum van dit bereik, worden ook alle zelfresonanties van de PCB in dit frequentiebereik gestimuleerd. Hierdoor wordt het vloeibare soldeer herhaaldelijk gestimuleerd door de trillingsvoortplanting in een relatieve afschuifbeweging die leidt tot een vermindering van lege ruimtes in de soldeerverbinding. De veegstimulatie op de componenten wordt voornamelijk geabsorbeerd door het vloeibare soldeer, dat de componenten beschermt tegen schade veroorzaakt door trillingsoverdracht. Positieve bijwerkingen van de sweepstimulatie zijn het centreren van de componenten op het kussen en een geoptimaliseerde spreiding van het soldeer op het kussen. Het proces van leegstandminimalisatie vindt binnen enkele seconden plaats, zonder een significante toename van de cyclustijd te veroorzaken2.
Doorslaggevend voor het leegloopminimalisatieproces is het stimuleren van een voldoende aantal zelfresonanties. Hiervoor werden simulatiemodellen van de eigenmodi en tal van onderzoeken op de werkelijke printplaten gehouden. Onder andere werden de invloed van het vergroten van de e-module in elke individuele resonantiefrequentie gestimuleerd in de sweep en de transmissie van energie van de sweepactivering die hieruit voortvloeit op de leegmakingssnelheid, geanalyseerd. Hier is er een directe verbinding tussen het aantal eigenmodi en het resultaat voor leegte-minimalisatie.