Projekt Solaris: spoločnosť ZKW a partneri vyvíjajú vysokovýkonný materiál

Rezistentná samozotaviteľná spájka má zvýšiť spoľahlivosť elektronických komponentov

V rámci programu „Výroba budúcnosti“ projekt Solaris podporujú agentúra na rozvoj FFG a Ministerstvo pre technológie. Za vedenie projektu je zodpovedná spoločnosť ZKW. Spolu s Technickou univerzitou vo Viedni a výskumným centrom Materials Center Leoben skúma tím spoločnosti ZKW samozotaviteľné, obzvlášť zaťažiteľné spájky. Materiál sa má použiť na spojenia vysokovýkonných LED diód a ďalších kapacitných polovodičov pre automobilový priemysel. Spoločnosť ZKW vyvíja a zhotovuje také elektronické montážne skupiny – ako napríklad riadiace prístroje a svetelné moduly – v závode Wiener Neustadt, spoločnosti ZKW Elektronik GmbH. „Projekt Solaris nám pomáha vyvíjať nové produkty upravené na mieru požiadavkám zákazníkov v oblasti automobilového priemyslu a vyrábať ich pokiaľ možno ohľaduplne k životnému prostrediu a so zreteľom na šetrenie zdrojmi. Pomocou výkonnejšej technológie spájania chceme optimalizovať spoľahlivosť našich elektronických výrobkov,“ vysvetľuje Oliver Schubert, generálny riaditeľ spoločnosti ZKW Group.

Materiál budúcnosti
V moderných vozidlách je integrovaný veľký počet elektronických súčiastok, ktoré poskytujú rozličné bezpečnostné a komfortné funkcie a ktoré by mali v budúcnosti umožniť aj autonómnu jazdu. Tieto komponenty musia odolávať rozličnému zaťaženiu, ako sú veľké kolísania teploty a silné vibrácie. Jedným zo slabých miest je často zliatinová spájka, ktorá upevňuje komponenty na doske s plošnými spojmi. Trhliny v spájke spôsobujú poruchy v elektronike. Cieľom projektu Solaris (Solder and Reliability Improvements) je vyvinúť spájkovací materiál so samozotaviteľnými vlastnosťami. To je možné dosiahnuť čiastočným roztavením spájky pri prevádzkovej teplote, pričom sa uzavrú začínajúce trhliny a zmierni sa mechanické napätie. „Takzvané neeutektické zliatiny by mohli byť kľúčom k úspechu vďaka svojim samozotavujúcim vlastnostiam,“ hovorí Schubert.

Narastajúce požiadavky
V súčasnosti sa na spojenie medzi elektronickými súčiastkami a doskou s plošnými spojmi používa proces mäkkého spájkovania so spájkou z cínu, striebra a medi. V prípade polovodičových komponentov sa však zvyšuje hustota výkonu a prevádzková teplota, ako aj požadovaná životnosť. Podľa novej normy GMW3172 musia cykly prebehnúť v teplotnom rozsahu od -40 °C do +140 °C. Obyčajné spájky odolajú iba prevádzkovej teplote do maximálne 120 stupňov Celzia, zatiaľ čo súčasné vysoko výkonné LED diódy alebo výkonové tranzistory znesú až 140 stupňov Celzia a viac. Materiály mäkkej spájky vystavené vysokému tepelno-mechanickému zaťaženiu tu dosahujú svoje hranice. Procesy pretečenia, tvorba pórov a trhlín vedú napokon k zlyhaniu montážnej skupiny. Ako riešenie sa v súčasnosti používajú drahé alebo ťažko spracovateľné substráty dosiek plošných spojov a exotické obalové materiály.

Simulácie pre väčšiu bezpečnosť
Špecialista na osvetľovacie systémy spolu so svojimi partnermi okrem toho skúma aj počítačom podporované simulácie, ktoré by mali umožniť predpovedanie dĺžky životnosti nového spájkovacieho materiálu. Pritom sa simulujú testovacie konštrukčné skupiny a vyrábajú sa na pokusy s cieľom zaťažiť ich v extrémnych podmienkach až do zlyhania. Tieto testy možno použiť na kontrolu modelov a predpovedanie očakávanej dĺžky životnosti. Technická univerzita vo Viedni podporuje nielen základný výskum, ale aj termodynamické výpočty zliatinových spájok. Okrem toho poskytuje laboratórne a testovacie vybavenie, ako napríklad najmodernejšie vybavenie skenovací elektronický mikroskop. Výskumný ústav Materials Center Leoben zas prispieva svojimi znaleckými posudkami v oblasti modelovania, simulácie, predpovedania životnosti a analýzy poškodenia. Ťažiskom je analýza chybných súčiastok pomocou zobrazovacích procesov, ako je röntgenová tomografia. Spoločnosť ZKW využíva toto know-how napríklad na preskúmanie zničených elektronických komponentov a na určenie prognózy životnosti.

Predošlé
Ďalšie

Kontakt pre tlač

Mag. (FH) Sandra Simeonidis-Huber, M.E.S.

Headquarters

ZKW Group GmbH
Rottenhauser Straße 8
A-3250 Wieselburg
press@zkw-group.com
+43 7416 505 0