परिचय
ऑपरेशन के दौरान, रेल ट्रांजिट वाहनों के ऑनबोर्ड नियंत्रण मेनबोर्ड लगातार कम आवृत्ति कंपन और अचानक उच्च त्वरण झटके के अधीन होते हैं। इन उच्च कंपन स्थितियों के तहत, पीसीबीए विनिर्माण के सामने सबसे गंभीर खतरा सोल्डर जोड़ों का भंगुर फ्रैक्चर है। इस प्रकार का फ्रैक्चर आमतौर पर लेड मुक्त सोल्डर जोड़ों और पीसीबी पैड के बीच इंटरमेटेलिक कंपाउंड (आईएमसी) इंटरफेस पर होता है। यह बिना किसी चेतावनी के अचानक शुरू होने की विशेषता है और इससे आसानी से ट्रेनों में सिग्नल में रुकावट या नियंत्रण विफलता हो सकती है। रेल ट्रांजिट मेनबोर्ड के कंपन थकान जीवन को बेहतर बनाने के लिए, मौलिक समाधान सूक्ष्म धातुकर्म परिप्रेक्ष्य से सोल्डर मिश्र धातु की संरचना को अनुकूलित करने में निहित है।
कंपन तनाव के तहत भंगुर फ्रैक्चर का तंत्र: आईएमसी परत में तनाव एकाग्रता
दौरानइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एक लेप लगाकर टाँका लगानापीसीबीए निर्माण के चरण में, पारंपरिक सीसा मुक्त सोल्डर में टिन पीसीबी सतह पर तांबे के साथ प्रतिक्रिया करता है, जिससे अनिवार्य रूप से इंटरमेटेलिक यौगिकों (आईएमसी) की एक परत बन जाती है। यद्यपि यह युटेक्टिक संरचना एक मजबूत यांत्रिक कनेक्शन के लिए एक बंधन के रूप में कार्य करती है, यह स्वाभाविक रूप से एक भंगुर सामग्री है। रेल पारगमन उपकरण के सेवा जीवन के दौरान, जटिल वैकल्पिक यांत्रिक तनाव लगातार घटकों और सब्सट्रेट पर कार्य करते हैं। पीसीबी सब्सट्रेट (एफआर -4) और सिरेमिक घटकों या सिलिकॉन चिप्स के बीच थर्मल विस्तार (सीटीई) और लोचदार मॉड्यूल के गुणांक में महत्वपूर्ण अंतर के कारण, कंपन द्वारा उत्पन्न यांत्रिक विरूपण तनाव आईएमसी इंटरफ़ेस पर अत्यधिक केंद्रित हो जाता है, जो केवल कुछ माइक्रोमीटर मोटा होता है। जब संचित कतरनी तनाव अनाज की सीमाओं पर बंधन शक्ति से अधिक हो जाता है, तो दरारें तेजी से शुरू होती हैं और आईएमसी के भीतर या तांबे के पैड के साथ इसके इंटरफेस पर फैलती हैं, जिससे सोल्डर जोड़ का तात्कालिक भंगुर प्रदूषण होता है।
बिस्मथ और एंटीमनी की थोड़ी मात्रा जोड़ना: टिन मैट्रिक्स को मजबूत करना और अनाज संरचना को परिष्कृत करना
उच्च तीव्रता वाले यांत्रिक कंपनों का प्रतिकार करना, सोल्डर मिश्र धातु की सूक्ष्म संरचना में सुधार करना और दरार प्रसार की दर को धीमा करना मिश्र धातु संरचना को अनुकूलित करने में प्राथमिक उद्देश्य हैं। रेल ट्रांज़िट के लिए उच्च {{3} पावर मेनबोर्ड के सतही {{2}माउंट निर्माण में, पारंपरिक टिन {{6}सिल्वर {7}कॉपर (एसएसी) पर आधारित लेकिन बिस्मथ (बीआई) और स्टिबियम (एसबी) {{8} की थोड़ी मात्रा के साथ डोप किए गए नए उच्च {{4}विश्वसनीयता वाले मिश्र धातु {{5}अब व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। बिस्मथ का समावेश ठोस समाधान को मजबूत करने में सक्षम बनाता है, जिससे सोल्डर मैट्रिक्स की उपज ताकत में काफी वृद्धि होती है। इस बीच, सुरमा मिलाने से उच्च तापमान और तनाव की स्थिति में अनाज के मोटे होने की दर धीमी हो जाती है, जिससे बारीक दाने वाली सूक्ष्म संरचना बनी रहती है। महीन अनाजों के परिणामस्वरूप अनाज सीमाओं की संख्या में पर्याप्त वृद्धि होती है। जब कंपन शॉक तरंगें सोल्डर जोड़ में फैलती हैं, तो ये असंख्य अनाज सीमाएं प्रभावी ढंग से फैलती हैं और ऊर्जा को अवशोषित करती हैं, जिससे माइक्रोक्रैक लगातार अपने प्रसार की दिशा बदलते हैं और प्रवेश के लिए अपना रास्ता लंबा करते हैं, जिससे सोल्डर जोड़ की गतिशील थकान जीवन 1.5 गुना से अधिक बढ़ जाती है।
निकेल और कोबाल्ट की ट्रेस मात्रा का सहक्रियात्मक प्रभाव: आईएमसी आकृति विज्ञान और मोटाई को संशोधित करना
क्रिस्टलीय मैट्रिक्स की ताकत को नियंत्रित करते समय, आईएमसी परत की माइक्रोस्ट्रक्चर को सीधे "पतला" करना और संशोधित करना आवश्यक है, वह स्थान जहां भंगुर फ्रैक्चर होता है। सोल्डर पेस्ट मिश्र धातु में निकेल (नी) और कोबाल्ट (सीओ) की सूक्ष्म मात्रा (लगभग 0.05% {{4%) शामिल करके, रिफ्लो प्रक्रिया के दौरान इंटरफेशियल इंटरमेटेलिक यौगिकों की वृद्धि गतिकी को महत्वपूर्ण रूप से बदला जा सकता है। निकेल तांबे के एक हिस्से को विस्थापित कर सकता है, मूल रूप से मोटे, पंखे के आकार और असमान रूप से मोटी यूटेक्टिक परत को एक चिकनी, सघन और समान रूप से मोटी मिश्रित क्रिस्टल संरचना में बदल सकता है। दूसरी ओर, कोबाल्ट, पीसीबीए की बाद की दीर्घकालिक सेवा के दौरान तापमान बढ़ने से उत्पन्न माध्यमिक प्रसार के कारण खराब गुणवत्ता वाली भंगुर परत की अनियंत्रित वृद्धि को प्रभावी ढंग से दबा देता है। एक इष्टतम सीमा के भीतर आईएमसी परत की समग्र मोटाई को सख्ती से नियंत्रित करने से इंटरफ़ेस पर तनाव एकाग्रता को काफी कम किया जा सकता है और भंगुर फ्रैक्चर के लिए अनुकूल स्थितियों को समाप्त किया जा सकता है।
भूतल उपचार प्रौद्योगिकी के साथ संयुक्त: एक धातुकर्म इंटरफ़ेस बनाना जो कठोरता और लचीलेपन को संतुलित करता है
इष्टतम कंपन प्रतिरोध प्राप्त करने के लिए सोल्डर संरचना के फायदे, पीसीबी पैड की सतह खत्म होने के साथ, भौतिक और रासायनिक दोनों रूप से पूरी तरह से मेल खाना चाहिए। उच्च कंपन रेल ट्रांजिट मदरबोर्ड के लिए, इलेक्ट्रोप्लेटेड निकेल {{2} गोल्ड (ENIG) सतह फिनिश {{3} जो आसानी से ब्लैक पैड घटना और फॉस्फोरस के भंगुर फ्रैक्चर का कारण बन सकता है {{4} रिच लेयर्स {{5} की आमतौर पर अनुशंसा नहीं की जाती है। इसके बजाय, ऑर्गेनिक सोल्डर प्रिजर्वेटिव (ओएसपी) या इलेक्ट्रॉनिक{{7}ग्रेड इमर्शन सिल्वर (आईएम{{8}एजी) को प्राथमिकता दी जाती है। ओएसपी सतह उपचार तैयार किए गए उच्च प्रदर्शन वाले सोल्डर को नंगे तांबे के सीधे संपर्क में आने की अनुमति देता है, जिससे शुद्ध तांबे की {{11}टिन यूटेक्टिक परत बनती है।इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में एक लेप लगाकर टाँका लगानाऔर तीसरे पक्ष की अशुद्धता धातु परमाणुओं की शुरूआत के कारण इंटरफ़ेस पर जाली विरूपण को रोकना। इस धातुकर्म इंटरफ़ेस के तहत, उपयुक्त मोटाई के अनुरूप कोटिंग या स्थानीयकृत अंडरफिल के साथ मिलकर, एक रक्षा तंत्र बनता है जो कठोरता और लचीलेपन को संतुलित करता है {{2}जहां बाहरी संरचना तनाव से राहत देती है और आंतरिक सूक्ष्म संरचना ऊर्जा को अवशोषित करती है{{3}जिससे भंगुर फ्रैक्चर की संभावना पूरी तरह से समाप्त हो जाती है।
उच्च कंपन स्थितियों के तहत सोल्डर संयुक्त भंगुर फ्रैक्चर की समस्या पर काबू पाने के लिए एक व्यापक तकनीकी दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है, जिसमें माइक्रोस्ट्रक्चरल मेटलर्जिकल संरचना को ठीक करने से लेकर मैक्रोस्कोपिक प्रक्रिया मापदंडों के अनुकूलन तक शामिल है।
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