การเปราะของทองคำ: สาเหตุ ผลกระทบ และการป้องกันในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ทองคำเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากทองคำทนต่อการกัดกร่อนและนำไฟฟ้าได้ดี อย่างไรก็ตาม หากทองคำผสมกับตะกั่วบัดกรีในระหว่างการประกอบ อาจก่อให้เกิดปัญหาอย่างร้ายแรงต่อแผงวงจรของคุณได้

ปรากฏการณ์ทองเปราะเกิดขึ้นเมื่อทองจากหน้าสัมผัสที่ชุบละลายเข้าไปในตะกั่วบัดกรีและมีปริมาณเกิน 3% ของน้ำหนักรวมของตะกั่วบัดกรี ส่งผลให้รอยต่ออ่อนแอและเปราะ บทความนี้จะช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงความเสียหายที่มีค่าใช้จ่ายสูงในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของคุณ

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับการเปราะของทองคำในรอยเชื่อมบัดกรี

ปรากฏการณ์ทองเปราะเกิดขึ้นเมื่อทองผสมกับตะกั่วบัดกรีและทำให้รอยต่ออ่อนแอลง ทำให้เกิดรอยแตกและความเสียหายได้ง่าย ซึ่งส่งผลกระทบต่อทั้ง... ความแข็งแรงทางกล และความน่าเชื่อถือในระยะยาวของการเชื่อมต่อของคุณ

ความหมายและกลไก

การเปราะของทองคำเกิดขึ้นเมื่อทองคำจากหน้าสัมผัสที่ชุบละลายลงในดีบุกหรือตะกั่วบัดกรีในระหว่างกระบวนการบัดกรี เมื่อปริมาณทองคำเกิน 3% ของน้ำหนักบัดกรีทั้งหมด มันจะก่อตัวเป็นสารประกอบโลหะระหว่างกันที่เปราะบางซึ่งลดความยืดหยุ่นของรอยต่อ

สารประกอบเหล่านี้สร้างของคุณ ข้อต่อบัดกรี แข็งทื่อและไม่สามารถยืดหยุ่นได้ภายใต้แรงกด การสูญเสียความยืดหยุ่นหมายความว่าข้อต่อไม่สามารถรับแรงกระแทกได้ การขยายตัวทางความร้อน หรือความเค้นเชิงกลตามที่ควรจะเป็น

รูปแบบความล้มเหลวที่สำคัญ

รอยเชื่อมบัดกรีของคุณเสียหายเป็นหลักจากการแตกร้าวที่ลุกลามระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ เมื่อชิ้นส่วนร้อนขึ้นและเย็นลง... ข้อต่อเปราะ เกิดรอยแตกเล็กๆ ที่ค่อยๆ ขยายใหญ่ขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

ความแข็งแรงเชิงกลที่ลดลงทำให้ข้อต่อต่างๆ อ่อนแอต่อแรงกระแทกและการสั่นสะเทือน ซึ่งนำไปสู่การเปิดวงจรและการสูญเสียการนำไฟฟ้าในระบบของคุณ

ส่วนประกอบและชุดประกอบที่ได้รับผลกระทบ

ขั้วต่อที่มีปลายชุบทองมีความเสี่ยงมากที่สุดเมื่อทำการบัดกรีลงบนแผงวงจร ชิ้นส่วนที่มีการใช้งานซ้ำสูงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการทหารเผชิญกับความท้าทายมากที่สุดจากปัญหาการเปราะของทอง

คุณจะพบปัญหานี้ในคอนเนคเตอร์ RF, คอนเนคเตอร์ระหว่างบอร์ด และชิ้นส่วนใดๆ ก็ตามที่ความหนาของการชุบทองเกิน 30 ไมโครนิ้วในบริเวณบัดกรี

ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ทองคำเปราะ

ความหนาของทองคำ เคมีของตะกั่วบัดกรี และสารประกอบที่เปราะบางซึ่งเกิดจากการรวมตัวกันของทองคำและตะกั่วบัดกรี จะเป็นตัวกำหนดว่ารอยบัดกรีของคุณจะแข็งแรงหรือแตกหักภายใต้แรงกดดัน

บทบาทของความหนาและการชุบทอง

ความหนาของชั้นชุบทองส่งผลโดยตรงต่อความเสี่ยงต่อการเปราะแตก หากปริมาณทองในรอยเชื่อมเกิน 3-5% โดยน้ำหนัก แสดงว่าเข้าสู่เขตอันตรายที่มีความเสี่ยงต่อการแตกหักจากการเปราะแตกแล้ว

ชั้นทองคำบางๆ (โดยทั่วไป 0.05-0.1 ไมครอน) เหมาะสำหรับงานชุบทองแบบจุ่ม เช่น ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) และ ENEPIG ชั้นทองคำเหล่านี้จะละลายหมดจดระหว่างการบัดกรี ส่วนทองคำที่ชุบด้วยไฟฟ้าหนาเกินไปอาจทำให้เกิดปัญหาได้ เพราะมันจะไม่ละลายหมดจด

วัสดุตกแต่งพื้นผิวทั่วไปและความเสี่ยงที่เกี่ยวข้อง:

• อีนิก: ความเสี่ยงลดลงเนื่องจากชั้นทองคำบาง
• เอเนพิก: คล้ายกับ ENIG แต่เพิ่มการป้องกันด้วยแพลเลเดียม
• การชุบทองแบบแข็ง: ความเสี่ยงจะสูงขึ้นเมื่อมีความหนาเกิน 1 ไมครอน

นอกจากนี้ คุณต้องระวังเดนไดรต์ทองคำ ซึ่งเป็นโครงสร้างทองคำรูปเข็ม พวกมันสามารถเจริญเติบโตได้ในระหว่างการชุบและทำให้เกิดจุดที่เกิดความเครียดสะสม

ปฏิสัมพันธ์กับโลหะผสมบัดกรี

สารบัดกรีชนิดต่างๆ ทำปฏิกิริยากับทองคำในอัตราที่แตกต่างกัน สารบัดกรีไร้สารตะกั่ว เช่น SAC305 จะเกิดสารประกอบที่เปราะได้เร็วกว่าสารบัดกรีดีบุก-ตะกั่วแบบดั้งเดิม

SAC305 และโลหะผสมไร้สารตะกั่วอื่นๆ ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า (ประมาณ 250°C เทียบกับ 220°C สำหรับ SnPb) ความร้อนที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยเร่งการแพร่กระจายของทองคำเข้าไปในรอยเชื่อมบัดกรีของคุณ

การก่อตัวของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก

สาเหตุหลักที่ทำให้ทองคำเปราะคือสารประกอบโลหะผสม AuSn4 ที่เปราะ เมื่อทองคำผสมกับดีบุกจากตะกั่วบัดกรี AuSn4 จะก่อตัวขึ้นที่บริเวณรอยต่อ สารประกอบนี้แข็งมากแต่ขาดความยืดหยุ่น

นอกจากนี้ยังอาจเกิดสารประกอบโลหะระหว่างกันชนิดอื่นๆ ได้อีกด้วย ซึ่งขึ้นอยู่กับโลหะพื้นฐานที่คุณใช้ สารประกอบโลหะระหว่างกันเหล่านี้จะสร้างจุดอ่อนที่ทำให้เกิดรอยแตกและลุกลามไปตามรอยต่อของคุณ

กระบวนการบัดกรีและมาตรฐานอุตสาหกรรม

วิธีการบัดกรีที่แตกต่างกันและข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นในอุตสาหกรรมส่งผลโดยตรงต่อการเกิดการเปราะของทองคำในรอยบัดกรีของคุณ กระบวนการติดตั้งบนพื้นผิวและแบบทะลุรูต่างก็มีปัญหาเฉพาะตัว ในขณะที่มาตรฐานต่างๆ เช่น J-STD-001 กำหนดขีดจำกัดเฉพาะสำหรับปริมาณทองคำเพื่อปกป้องความน่าเชื่อถือของรอยบัดกรี

การเปราะของทองคำในการเชื่อมต่อแบบติดตั้งบนพื้นผิวและแบบรูทะลุ

โดยทั่วไปแล้ว ชิ้นส่วนแบบติดตั้งบนพื้นผิวจะใช้ วางประสาน ด้วยปริมาตรที่ควบคุมได้ ซึ่งช่วยจำกัดการละลายของทองคำระหว่างการหลอมเหลว ระยะเวลาการคงอยู่ในเตาหลอมที่สั้นลง เตาอบรีโฟลว์ ช่วยลดปริมาณทองคำจากแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB pads) ที่ผสมลงในตะกั่วบัดกรี

การเชื่อมต่อแบบทะลุรูมีความเสี่ยงมากกว่า เมื่อคุณใช้ การบัดกรีด้วยคลื่น on ชุบผ่านรูคลื่นบัดกรีแบบไดนามิกจะสร้างเวลาสัมผัสที่ยาวนานขึ้น การสัมผัสที่ยาวนานขึ้นนี้ช่วยให้ทองคำจากแหล่งกำเนิดต่างๆ ซึมเข้าไปได้มากขึ้น ส่วนประกอบนำไฟฟ้า เพื่อละลายเข้าไปในตะกั่วบัดกรี การขาดการไหลเวียนของอากาศในรูทะลุทำให้ปัญหานี้รุนแรงขึ้น

มาตรฐานอุตสาหกรรมและข้อกำหนด J-STD-001

มาตรฐาน J-STD-001F กำหนดให้คุณต้องรักษาสัดส่วนทองคำในข้อต่อบัดกรีให้ต่ำกว่า 3% โดยน้ำหนัก สำหรับทั้งชิ้นส่วนประกอบ Class 2 และ Class 3 คุณต้องกำจัดทองคำออกจากขั้วต่อบัดกรีและขาของชิ้นส่วนเมื่อความหนาเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัย

ผลกระทบของปริมาณตะกั่วบัดกรีและพารามิเตอร์กระบวนการ

ปริมาณตะกั่วบัดกรีของคุณส่งผลโดยตรงต่อความเข้มข้นของทองคำ ข้อต่อขนาดเล็กที่มีการชุบทองคำบางๆ ก็อาจยังมีความเข้มข้นเกิน 3% ได้ ควบคุมเวลาในการบัดกรีและอุณหภูมิในกระบวนการเพื่อจำกัดการละลายของทองคำลงในตะกั่วบัดกรี

การป้องกันและลดปัญหาทองคำเปราะ

คุณสามารถป้องกันการเปราะแตกของทองคำได้โดยการควบคุมปริมาณทองคำในรอยเชื่อม เลือกพื้นผิวที่เหมาะสมกว่า และทดสอบชิ้นส่วนประกอบของคุณ การรักษาปริมาณทองคำให้ต่ำกว่า 3% โดยน้ำหนักจะช่วยรักษาความแข็งแรงของรอยเชื่อมและป้องกันการแตกหักจากการเปราะแตก

แนวปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการกำจัดทองคำ

คุณควรลอกชั้นทองที่หุ้มขั้วต่อของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ออกก่อนทำการบัดกรี เพื่อลดความเสี่ยงจากการเปราะแตก วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดคือ ก่อนเคลือบดีบุกซึ่งแทนที่ทองคำด้วย สารเคลือบที่เหมาะสำหรับการบัดกรีกระบวนการนี้ช่วยปรับปรุงให้ดีขึ้น ความสามารถในการบัดกรี พร้อมทั้งกำจัดทองคำส่วนเกินออกไป

อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้กระบวนการแปลงโลหะผสมที่ลอกทองคำออกจากส่วนปลาย ระบบอัตโนมัติเหล่านี้เป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรม เช่น J-STD-001 และให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ

คุณต้องคำนวณอัตราส่วนทองคำต่อตะกั่วบัดกรีสำหรับแต่ละจุดเชื่อมต่อ ใช้สูตรนี้: หารน้ำหนักทองคำด้วยน้ำหนักตะกั่วบัดกรีทั้งหมด แล้วคูณด้วย 100 ควรควบคุมผลลัพธ์ให้ต่ำกว่า 3% เพื่อหลีกเลี่ยงสารประกอบโลหะระหว่างกันที่เปราะแตกง่าย

วัสดุตกแต่งพื้นผิวทางเลือก

คุณสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาทองเปราะได้โดยสิ้นเชิงด้วยการเลือกใช้วัสดุชุบที่แตกต่างกัน กระป๋องแช่ ให้คุณสมบัติการบัดกรีที่ดีโดยไม่มีความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับทองคำ เหมาะสำหรับงานมาตรฐานส่วนใหญ่

การปรับระดับการบัดกรีด้วยลมร้อน (HASL) ใช้สารเคลือบดีบุก-ตะกั่วที่ยึดติดโดยตรงกับตะกั่วบัดกรี สารเคลือบนี้ช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันและรักษาความสมบูรณ์ของรอยต่อ

ใช้เพื่อการ การเชื่อมต่อที่มีความน่าเชื่อถือสูง, ใช้ การชุบแบบแบ่งส่วน—ใช้ทองคำเฉพาะบริเวณที่สัมผัส และใช้ดีบุกบริเวณปลายตะกั่วบัดกรี

วิธีการตรวจสอบและทดสอบ

คุณควรวัดความหนาของทองคำบนชิ้นส่วนต่างๆ ก่อนประกอบ ใช้เครื่องมือตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ฟลูออเรสเซนซ์เพื่อตรวจสอบว่าการชุบทองเป็นไปตามข้อกำหนด

ทดสอบรอยต่อที่เสร็จสมบูรณ์แล้วด้วยการทดสอบวัฏจักรความร้อนและการทดสอบความเค้นทางกล การทดสอบเหล่านี้จะช่วยเปิดเผยช่องว่างหรือความอ่อนแอที่อาจเกิดขึ้นจากการเปราะของทองคำก่อนที่จะเกิดความเสียหายในภาคสนาม

รักษาความสัมพันธ์ของคุณให้ยั่งยืนด้วย Seetronic

At ซีโทรนิกส์เราเข้าใจดีว่าความน่าเชื่อถือของระบบอิเล็กทรอนิกส์ของคุณขึ้นอยู่กับความสมบูรณ์ของทุกการเชื่อมต่อ ในฐานะองค์กรที่มุ่งเน้นนวัตกรรมทางเทคโนโลยี เราเชี่ยวชาญในการพัฒนาระบบเชื่อมต่อไฟฟ้าคุณภาพระดับกลางถึงระดับสูงที่ออกแบบมาเพื่อสภาพแวดล้อมที่ต้องการความแม่นยำสูงในอุตสาหกรรมเสียง วิดีโอ แสงสว่าง และพลังงาน

พร้อมที่จะอัปเกรดระบบของคุณแล้วหรือยัง? ขอรับใบเสนอราคา วันนี้ติดต่อได้ง่ายๆ ผ่านแบบฟอร์มติดต่อที่ใช้งานง่ายของเรา

คำถามที่พบบ่อย

อะไรเป็นสาเหตุให้รอยเชื่อมประสานที่มีส่วนผสมของทองคำเปราะแตกง่าย?

ปรากฏการณ์ทองเปราะเกิดขึ้นเมื่อทองละลายเข้าไปในตะกั่วบัดกรีที่มีดีบุกเป็นส่วนประกอบในระหว่างกระบวนการ กระบวนการบัดกรีเมื่อปริมาณทองคำเกิน 3% ของน้ำหนักบัดกรีทั้งหมด จะเกิดสารประกอบโลหะระหว่างทองคำและดีบุกที่มีลักษณะเปราะบางขึ้น

สารประกอบเหล่านี้ทำให้รอยเชื่อมบัดกรีของคุณอ่อนแอและแตกง่าย หนา ชุบทองการขาดชั้นกั้นนิกเกิล และการควบคุมอุณหภูมิที่ไม่ดีระหว่างการบัดกรี ล้วนเพิ่มความเสี่ยง

จะตรวจจับการเปราะแตกในขั้วต่อชุบทองได้อย่างไร?

คุณสามารถตรวจสอบการเปราะของทองคำได้ด้วยการตรวจสอบด้วยสายตา การวิเคราะห์ภาคตัดขวาง และการทดสอบทางกล มองหา รอยแตกหรือความเปราะผิดปกติในรอยเชื่อมบัดกรี

การทดสอบโดยผู้เชี่ยวชาญประกอบด้วยการทดสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน การทดสอบการสั่นสะเทือน และการตรวจสอบโครงสร้างของตะกั่วบัดกรีด้วยกล้องจุลทรรศน์ วิธีการเหล่านี้จะช่วยตรวจพบสารประกอบโลหะระหว่างกันที่เปราะบางก่อนที่จะก่อให้เกิดความเสียหาย

ปรากฏการณ์ทองคำเปราะส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อย่างไร?

การเปราะของทองคำจะลดความแข็งแรงเชิงกลของรอยเชื่อมบัดกรี สารประกอบที่เปราะจะสูญเสียความยืดหยุ่นและแตกหักง่ายภายใต้แรงกดดัน

ชิ้นส่วนของคุณจะอ่อนแอต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและการสั่นสะเทือน ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวในการเชื่อมต่อ ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์

มีมาตรฐานอุตสาหกรรมเฉพาะสำหรับการประเมินความเปราะของทองคำในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือไม่?

IPC และ JEDEC กำหนดมาตรฐานสำหรับความหนาของการชุบทองและความน่าเชื่อถือของข้อต่อบัดกรี องค์กรเหล่านี้กำหนดแนวทางเพื่อป้องกันการเปราะแตกในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

อุตสาหกรรมการทหารและอวกาศมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับความหนาของทองคำบนส่วนปลายของหน้าสัมผัส การปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้จะช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงปัญหาต่างๆ ได้ ปัญหาความน่าเชื่อถือ.

สามารถแก้ไขหรือซ่อมแซมความเปราะของทองคำในชิ้นส่วนที่ได้รับผลกระทบได้หรือไม่?

เมื่อทองคำเปราะแล้ว คุณไม่สามารถแก้ไขได้ สารประกอบโลหะระหว่างกันที่เปราะบางนั้นคงอยู่ถาวร

ทางเลือกเดียวของคุณคือการถอดและเปลี่ยนข้อต่อบัดกรีที่เสียหาย ซึ่งต้องทำการถอดบัดกรีชิ้นส่วนนั้นออกแล้วบัดกรีใหม่โดยใช้ปริมาณทองคำที่ถูกต้องตามข้อกำหนด

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดใดบ้างที่สามารถลดความเสี่ยงของการเปราะแตกของทองคำในกระบวนการผลิตได้?

ใช้เทคนิคการชุบแบบเลือกเฉพาะจุด โดยใช้ทองคำเฉพาะบริเวณที่สัมผัส และใช้ดีบุกชุบบริเวณปลายสายบัดกรี ควรชุบทองคำให้บาง และเพิ่มชั้นกั้นนิกเกิลระหว่างทองคำกับพื้นผิว

ควบคุมอุณหภูมิและเวลาในการบัดกรีอย่างระมัดระวัง พิจารณาการเคลือบดีบุกหรือการกำจัดทองคำออกก่อนการบัดกรีเพื่อลดปริมาณทองคำในรอยต่อสุดท้าย