الشكل 1.عادةً ما يبدأ التشقق المتأخر في أصيص الإيبوكسي عند حواف المكونات ويخرج الرصاص - وليس على السطح الخارجي. يجتاز التجميع كافة الاختبارات الأولية؛ يظهر الفشل بعد 50-200 دورة حرارية في الخدمة.
يجتاز المجمع جميع اختبارات التأهيل. مرحبًا-وعاء: تمرير. الفحص البصري: نظيف. صدمة حرارية عند -40 درجة إلى +85 درجة، 50 دورة: تمرير. انها السفن. بعد مرور أربعة عشر شهرًا، وصلت أول إرجاعات ميدانية إلى - شقوق شعرية في وعاء التأصيص-إلى-واجهة المبيت، والتصفيح عند نقاط خروج الرصاص، وفتحات متقطعة على الوحدات التي تم قياسها نظيفة عند الشحن. يطلب الفريق الهندسي مقاطع عرضية-. الشقوق موجودة في أصيص الإيبوكسي وليس في المكونات. تم إدراج جدول العلاج في سجل الإنتاج بشكل صحيح. المادة لم تتغير. يتم إغلاق التحقيق كـ "كلال المواد - ضمن التغير المتوقع في عمر الخدمة."
إنه ليس تعباً مادياً. إنه الإجهاد المتبقي، الذي تم ضبطه أثناء المعالجة، والذي لم يتم قياسه مطلقًا ولم يظهر أبدًا في تسلسل التأهيل - لأن التأهيل لم يتضمن الدورات الحرارية اللازمة لإطلاقه.يعتبر تأخر التشقق في القسم السميك-من أصيص الإيبوكسي دائمًا عيبًا في عملية المعالجة، وليس عيبًا ماديًا. يتم إنشاء الكراك أثناء العلاج. يظهر في الميدان.
آلية الطاردة للحرارة: لماذا تعالج المقاطع السميكة بشكل مختلف عن الأجزاء الرقيقة
يعد الارتباط المتقاطع بالإيبوكسي-تفاعلًا طاردًا للحرارة. عندما يجتمع الراتينج والمصلب ويتعرض الخليط للحرارة، يولد التفاعل حرارة خاصة به بالإضافة إلى امتصاص الحرارة من الفرن. في العينة الرقيقة - من النوع المستخدم لاختبار مواد UL - تتبدد الحرارة المتولدة ذاتيًا- بسرعة إلى جو الفرن من خلال نسبة السطح الكبير -إلى-الحجم. تتتبع درجة حرارة العينة عن كثب نقطة ضبط الفرن طوال دورة المعالجة.
في قسم سميك بوعاء - قلب محول بصب 20 مم، ووحدة طاقة بعمق تعبئة 25 مم - تكون نسبة السطح-إلى-الحجم أقل بكثير. الحرارة الناتجة عن التفاعل الطارد للحرارة في قلب القسم لها مسار انتشار طويل إلى السطح، والراتنج المحيط الذي لم يتفاعل بشكل كامل بعد يعمل كعزل حراري. تتجاوز درجة الحرارة الأساسية نقطة ضبط الفرن. في -مرحلة واحدة من معالجة 120 درجة لقسم 20 مم، تكون درجات الحرارة الأساسية من 140 إلى 165 درجة ليست غير عادية، حتى عند ضبط الفرن على 120 درجة وقياس سطح الجزء 120 درجة باستخدام مزدوج حراري سطحي.
يعد هذا التجاوز مهمًا لأن معدل الارتباط-يزداد بشكل حاد مع ارتفاع درجة الحرارة. يكمل قلب القسم، الذي يمتد بمقدار 20-45 درجة فوق نقطة ضبط الفرن، الارتباط المتقاطع الأساسي-بشكل أسرع بكثير من المادة الخارجية. يتم "تجميد" شبكة الارتباط-المتقاطعة في المركز بشكل فعال في موضعها بينما لا تزال الطبقات الخارجية تتفاعل. عندما يبرد التجميع بعد المعالجة، تتقلص كلتا المنطقتين حرارياً - لكنهما تنكمشان من نقاط بداية مختلفة وبمعدلات مختلفة، لأن القلب هو بالفعل مادة صلبة زجاجية صلبة بينما تكمل الطبقات الخارجية تكوين شبكتها.
والنتيجة هي -حالة إجهاد مغلقة في الجزء المعالج بالكامل: إجهاد الشد المتبقي في المادة الخارجية وضغط الضغط المتبقي في القلب. هذه ليست فرضية - إنها ظاهرة جيدة-تتميز بمعالجة التصلب الحراري السميك-، مما يماثل الإجهاد المتبقي في الزجاج الذي يتم إخماده بسرعة.
الشكل 2.في -مرحلة معالجة واحدة بـ 120 درجة لقسم 20 مم، تتجاوز درجة الحرارة الأساسية بشكل روتيني نقطة ضبط الفرن بمقدار 20–45 درجة خلال -الربط الطارد للحرارة. يعمل الملف التعريفي للمرحلتين- على الحد من هذا التجاوز من خلال بدء -الربط المتقاطع عند 80 درجة قبل تطبيق مرحلة درجة الحرارة الأعلى-.
لماذا يجتاز التجميع الاختبار الأولي؟
الشكل 3.بعد -مرحلة واحدة من المعالجة بدرجة حرارة عالية-، يحمل الجزء المعالج حالة إجهاد مقفلة-: التوتر المتبقي في الطبقات الخارجية، والضغط المتبقي في القلب. تضيف حالة الإجهاد هذه إلى الإجهاد الحراري الدوري أثناء الخدمة، مما يؤدي إلى تسريع بدء صدع الكلال.
عادةً ما يكون إجهاد الشد المتبقي في مادة التأصيص الخارجية الناتجة عن معالجة القسم السميك-المرحلة الواحدة-أقل من قوة الشد النهائية للإيبوكسي في درجة حرارة الغرفة. الجزء المعالج بالكامل لا يتشقق أثناء المعالجة - أو إذا حدث ذلك، فإن الشقوق الدقيقة- تكون أقل من عتبة اكتشاف الفحص البصري. Hi-ينجح اختبار الوعاء عند الجهد المقنن لأن قوة العزل الكهربائي الفعالة للمصفوفة المجهدة قليلاً لا تختلف بشكل كبير عن المرجع غير المجهد.
تكشف المشكلة عن نفسها في ظل التدوير الحراري، والآلية واضحة ومباشرة: كل دورة حرارية من درجة حرارة منخفضة إلى درجة حرارة عالية تولد شدًا دوريًا وضغطًا في مادة التأصيص، مدفوعًا بعدم تطابق CTE بين الإيبوكسي والمكونات المدمجة والغلاف. في مواقع تركيز الإجهاد - الزوايا، وحواف المكونات، ونقاط خروج الرصاص، والوعاء - إلى -واجهة المبيت - يكون سعة الإجهاد الدوري أعلى. ويضيف إجهاد الشد المتبقي من المعالجة مباشرة إلى إجهاد الشد الدوري في هذه المواقع، لأن كلاهما عبارة عن إجهادات شد تعمل في نفس الاتجاه أثناء مرحلة تسخين الدورة الحرارية.
قد تظل سعة الإجهاد المجمعة - من إجهاد المعالجة المتبقي بالإضافة إلى الإجهاد الحراري الدوري - أقل من قوة الشد النهائية للإيبوكسي في الدورة الأولى. ويصل إلى عتبة بدء صدع التعب بعد عدد من الدورات التي تعتمد على حجم الإجهاد المتبقي المحدد، وعدم تطابق CTE، وسعة الدورة الحرارية، وهندسة مكثف الإجهاد. ولهذا السبب يظهر الفشل بعد 50-200 دورة، وليس عند الاختبار الأولي. إنه ليس تدهورًا ماديًا بمرور الوقت - بل هو تراكم الإجهاد إلى حد معين.
لماذا يتم التعرف بشكل خاطئ على هذا الفشل بشكل منهجي؟
عندما يجد تحقيق الفشل الميداني شقوقًا في مادة تأصيص الإيبوكسي، تكون هناك عدة أخطاء شائعة في التحديد:
"التعب المادي"- فشل الإيبوكسي بسبب التعب، مما يعني أن المادة غير مناسبة للتطبيق. الآلية الفعلية هي تراكم الإجهاد من مزيج من إجهاد المعالجة المتبقي والإجهاد الحراري الدوري. سيؤدي التغيير إلى مادة إيبوكسي مختلفة دون تغيير عملية المعالجة إلى تكرار الفشل، لأن آلية الضغط المتبقي تعتمد على العملية -، وليست معتمدة على المادة-.
"أضرار الصدمة الحرارية"- تعرض المجمع لحدث حراري شديد بشكل غير عادي. يكون هذا صحيحًا في بعض الأحيان، لكن أنماط التشققات الناتجة عن الصدمة الحرارية تبدأ عادة عند السطح الخارجي وتنتشر إلى الداخل. عادةً ما تبدأ شقوق الإجهاد المتبقية عند المعالم الهندسية الداخلية (حواف المكونات، ومخارج الرصاص) وتنتشر إلى الخارج. يميز موقع أصل الكراك بين الآليتين في المقطع العرضي-.
"التصاق غير كافي"- لم يلتصق الإيبوكسي بشكل جيد بالركيزة أو الغلاف. يمكن أن ينتج التصفيح في واجهة مبيت التأصيص- عن الإعداد غير الكافي للسطح، ولكنه يمكن أن ينتج أيضًا عن إجهاد الشد المتبقي الذي يتجاوز قوة رابطة السطوح البينية. لا يتطلب الأخير أي فشل في إعداد السطح - ويحدث على الأسطح النظيفة والمجهزة بشكل صحيح عندما يكون الضغط المتبقي مرتفعًا بدرجة كافية.
"جودة المكون"- فشل مكون الرصاص أو الإنهاء. في الحالات التي ينتشر فيها الكسر إلى واجهة مكون، يمكن التعرف بشكل خاطئ على مظهر الكسر على أنه فشل في المكون. يميز تحليل المقطع العرضي- بين الشق الذي بدأ عند المكون والشق الذي انتشر إليه من الإيبوكسي المحيط.
في معظم حالات التحديد الخاطئة هذه، لا تتم مراجعة سجل عملية العلاج كجزء من التحقيق في الفشل. يتطابق جدول المعالجة المدرج في مسافر الإنتاج مع المواصفات - لأن المواصفات تسرد نقطة ضبط الفرن والمدة المبرمجة، وليس درجة الحرارة التي تم تحقيقها فعليًا في قلب قسم الوعاء. آلية الإجهاد المتبقي غير مرئية في سجل الإنتاج.
ملف تعريف -المرحلة الثانية للعلاج: كيف يقلل من الإجهاد المتبقي
يتناول الملف التعريفي للمعالجة على مرحلتين-آلية الطاردة للحرارة مباشرة عن طريق تقسيم تفاعل الارتباط المتقاطع-إلى مرحلتين يتم التحكم فيهما:
المرحلة 1 عند 80 درجةيبدأ تفاعل الارتباط المتقاطع-عند درجة حرارة أقل، حيث يكون معدل التفاعل أبطأ ويكون توليد الحرارة الطاردة للحرارة لكل وحدة زمنية أقل. عند 80 درجة، يبدأ النظام في بناء-كثافة الارتباط المتقاطع - بما يكفي لمنع التسارع السريع لمعدل التفاعل الذي قد يحدث إذا تعرض النظام على الفور إلى 120 درجة. يؤدي انخفاض معدل التفاعل الأولي إلى تقليل الحرارة الطاردة للحرارة المتولدة ذاتيًا، مما يجعل درجة الحرارة الأساسية أقرب إلى نقطة ضبط الفرن. تتطور كثافة الارتباط المتقاطع-بشكل أكثر انتظامًا عبر عمق القسم خلال المرحلة 1.
المرحلة الثانية عند 120 درجةثم يدفع النظام إلى العلاج الكامل. بحلول الوقت الذي تبدأ فيه المرحلة 2، تكون شبكة المرحلة 1 قد طورت بالفعل ما يكفي من الصلابة للحد من الحرارة الإضافية أثناء المرحلة 2. ويحدث الارتباط المتبادل المتبقي-في شبكة مقيدة جزئيًا ببنية المرحلة 1، ويتم تقليل فرق درجة الحرارة بين القلب والسطح أثناء المرحلة 2 بشكل كبير مقارنة بمرحلة واحدة-معالجة تبلغ 120 درجة.
والنتيجة هي قسم معالج مع انخفاض إجهاد الشد المتبقي في المادة الخارجية. لا يزال التجميع يحتوي على بعض الإجهاد المتبقي - ولا توجد عملية علاجية تزيله تمامًا - ولكن يتم تقليل الحجم بدرجة كافية بحيث يظل السعة المجمعة للإجهاد المتبقي بالإضافة إلى الإجهاد الحراري الدوري أقل من عتبة بدء صدع الكلال للحصول على عمر خدمة أطول بشكل ملحوظ.
هذه ليست حجة نظرية. تمت ملاحظة ذلك تجريبيًا: أظهرت التجميعات التي شهدت تشققًا متأخرًا مع معالجة -مرحلة واحدة تبلغ 120 درجة على نفس مادة التأصيص فترة خدمة ممتدة بعد التبديل إلى ملف تعريف مرحلتين-، دون تغيير المادة أو الشكل الهندسي أو أي معلمة عملية أخرى. جدول العلاج هو المتغير.
الفجوة الحرجة في اختبار التأهيل
تشتمل تسلسلات اختبار التأهيل القياسي للمجموعات الموضوعة في أصيص عادةً على عدد محدود من الدورات الحرارية - 50 إلى 100 دورة وهو أمر شائع في معايير IEC وUL لفئات المعدات المحددة. قد يمر التجميع - السميك في وعاء مع الضغط المتبقي من مرحلة المعالجة -المفردة بـ 50 أو حتى 100 دورة حرارية قبل أن يصل الضغط التراكمي إلى عتبة بدء التشقق. عندما يحدث الفشل عند 150-200 دورة في الخدمة - والتي قد تتوافق مع 12-18 شهرًا من التشغيل بمعدل دورة حرارية واحدة أو دورتين في اليوم - فإن تسلسل التأهيل لم يكشف عنه.
هذه فجوة منهجية: تم إجراء التأهيل بشكل صحيح، وتم اجتياز الاختبار، لكن وضع الفشل يعمل على نطاق دورة أطول مما يغطيه الاختبار. تتطلب التصميمات التي تقدم فيها عملية المعالجة إجهادًا متبقيًا إما تسلسل دورة حرارية تأهيلية أطول، أو عملية معالجة تقلل من الإجهاد المتبقي إلى مستوى يكون فيه عدد دورات التأهيل القياسية تنبؤيًا حقيقيًا بعمر الخدمة.
يعمل ملف العلاج على مرحلتين- على تقليل حجم الضغط المتبقي، مما يقلل من إجمالي سعة الضغط في كل دورة. وهذا، بالإضافة إلى نفس عدد الدورات الحرارية في تسلسل التأهيل، يوفر ضمانًا حقيقيًا بدلاً من الضمان المحدود بسبب عدم قدرة الاختبار على الكشف عن وضع الفشل.
تحديد ما إذا كان التصميم الحالي معرضًا للخطر
تشير ظروف التصميم والعملية التالية إلى ارتفاع خطر الإجهاد المتبقي في الأصيص السميك -الإيبوكسي:
يتجاوز عمق قسم التأصيص 10 مم في أي بعد.
جدول العلاج الحالي هو مرحلة واحدة-بدرجة حرارة 100 درجة أو أعلى.
لا توجد مراقبة مزدوجة حرارية لدرجة الحرارة الأساسية أثناء المعالجة - يتم تسجيل درجة حرارة الهواء السطحي أو الفرن فقط.
يُظهر سجل الأعطال ظهور شقوق بعد دورات حرارية متعددة في الخدمة، مع اجتياز التجميعات للفحص الأولي.
تقع مواقع أصل الشقوق على المقطع العرضي-عند حواف المكونات، أو مخارج الرصاص، أو ميزات الهندسة الداخلية - وليس على السطح الخارجي.
كان عدد الدورات الحرارية المؤهلة 50 دورة أو أقل، ومن المتوقع أن يشمل عمر الخدمة 200 دورة حرارية أو أكثر.
تتمثل خطوة التحقق العملية في إنتاج عينات اختبار بسماكة قسم الإنتاج الفعلي وجدول المعالجة، وتضمين مزدوجة حرارية في وسط القسم، وتسجيل ملف درجة الحرارة الأساسية الفعلي أثناء المعالجة. إذا تجاوزت درجة الحرارة الأساسية نقطة ضبط الفرن بشكل ملحوظ أثناء -مرحلة الارتباط المتبادل، تكون آلية الطاردة للحرارة نشطة ويتم توليد الإجهاد المتبقي.
HDT، Tg، وRTI: الخصائص الحرارية التي تحدد غلاف التشغيل
يؤدي ملف المعالجة على مرحلتين، والذي يتم تنفيذه بشكل صحيح، إلى إنتاج مادة معالجة تتمتع بالخصائص الحرارية الكاملة المقدرة: Tg 117.8 درجة بواسطة TMA (ASTM E831)، HDT 130 درجة، RTI 130 درجة بموجب ملف UL E120665. تحدد هذه القيم غلاف التشغيل للتجميع المعالج:
تيراغرام 117.8 درجة- درجة حرارة التزجج التي تم قياسها عن طريق التحليل الميكانيكي الحراري؛ استخدم هذا لحسابات ميزانية CTE وتحليل استقرار الأبعاد. فوق Tg، يزيد CTE من 49.772 جزء في المليون/درجة (1، أقل من Tg) إلى 148.482 جزء في المليون/درجة (2، فوق Tg) - تقريبًا زيادة بمقدار 3×.
اتش دي تي 130 درجة- درجة الحرارة التي تنحرف عندها المادة المعالجة تحت حمل قياسي يبلغ 1.8 ميجا باسكال؛ استخدم هذا للحمل الميكانيكي-عند درجة حرارة مرتفعة.
آر تي آي 130 درجة- تصنيف UL للاحتفاظ المستمر بالخصائص الكهربائية والميكانيكية؛ التصاميم التي تتطلب خدمة مستمرة فوق 90 درجة والتي تقع خارج تصنيف E532/H532 (RTI 90 درجة) تقع ضمن تصنيف E536/H536.
لا يتم تحقيق قيم الخصائص الحرارية هذه إلا عند اكتمال -المعالجة على مرحلتين بشكل صحيح. التجميع الذي استقبل المرحلة 1 فقط - أو المرحلة 1 عند درجة حرارة غير كافية - سيكون له Tg وHDT أقل من هذه القيم. توفر عينات الشهود التي تم علاجها جنبًا إلى جنب مع دفعات الإنتاج واختبارها لـ HDT التحقق العملي من العملية: تشير درجة HDT المقاسة أقل بكثير من 130 درجة إلى عدم اكتمال علاج المرحلة الثانية.
منتج ذو صلة لقسم-الأصيص السميك مع التحكم في إجهاد المعالجة
E536/H536 عبارة عن مكونين-، UL 94 V-0 مركب إيبوكسي مثبط للهب- تم تصميمه خصيصًا لتطبيقات الأقسام السميكة - حيث يكون ضغط المعالجة هو آلية الفشل الأساسية. يحد ملف المعالجة المكون من مرحلتين (80 درجة × 2 ساعة + 120 درجة × 4 ساعات) من الطاردة للحرارة الأساسية أثناء المرحلة 1 ويحقق تطويرًا كاملاً للخاصية في المرحلة 2. RTI 130 درجة، HDT 130 درجة، Shore D 89، والحد الأدنى للسمك المعتمد من UL يبلغ 1.58-1.74 مم (لون أسود) تحت ملف UL E120665.
إنه غير مناسب للتطبيقات التي تتطلب توصيلًا حراريًا أعلى من 0.5 وات/م·ك (استخدم E533/H533 لذلك) أو لبيئات إنتاج المعالجة بدرجة حرارة الغرفة - (استخدم E532/H532 لذلك). يتطلب ملف المعالجة على مرحلتين-إمكانية الفرن عند 80 درجة و120 درجة مع أوقات انحدار وثبات يمكن التحكم فيها.
→ 🔗E536/H536 صفحة المنتج - البيانات الفنية وتقرير اختبار TMA وملاحظات التطبيق
الأسئلة الهندسية الرئيسية
كيف أعرف ما إذا كان تجميعي الحالي يعاني من إجهاد متبقي من عملية المعالجة؟
تتمثل الطريقة المباشرة في دمج مزدوج حراري في مركز قسم التأصيص وتسجيل درجة الحرارة الأساسية أثناء المعالجة. إذا تجاوزت درجة الحرارة الأساسية نقطة ضبط الفرن بأكثر من 10-15 درجة أثناء مرحلة الربط المتقاطع-، فسيتم توليد الإجهاد المتبقي. تتمثل الطريقة غير المباشرة في تنفيذ التدوير الحراري المتسارع لعدد دورات أعلى بكثير من تسلسل التأهيل (على سبيل المثال، 500 دورة) وفحص مواقع بدء التشقق. الشقوق التي تبدأ في المعالم الهندسية الداخلية بدلاً من السطح الخارجي تتوافق مع الضغط المتبقي كسائق.
إذا قمت بالتبديل من جدول علاج -مرحلة واحدة إلى جدول علاج مرحلتين-في التجميع الحالي الخاص بي، فهل أحتاج إلى إعادة التأهيل؟
في معظم الحالات، نعم - على الأقل، يجب أن ينعكس تغيير عملية المعالجة في مواصفات عملية الإنتاج ويتم التحقق من صحته على عينات الاختبار للتأكد من أن الخصائص المعالجة تلبي متطلبات التصميم. بالنسبة للتجميعات التي تعد جزءًا من المنتج النهائي المدرج في قائمة UL-، قد يؤدي التغيير في جدول معالجة مركب التأصيص إلى تشغيل إشعار أو متطلبات إعادة التقييم- مع نص القائمة. ويجب تأكيد ذلك قبل تنفيذ تغيير العملية. يجب أن يتضمن التحقق من الصحة التدوير الحراري لعدد دورات كافٍ للتأكد من أن وضع الفشل الذي ظهر في جدول المعالجة المسبق لا يظهر في الوضع الجديد.
هل يمكن قياس الإجهاد المتبقي بشكل غير مدمر-في التجميعات النهائية؟
من الممكن تقنيًا إجراء قياس غير مدمر للإجهاد المتبقي في الإيبوكسي باستخدام تقنيات مثل المرونة الضوئية أو مطياف رامان- الدقيق، ولكن هذه ليست أدوات إنتاج روتينية. يعتبر تحليل المقطع العرضي المدمر- متبوعًا بالفحص المجهري للشقوق أكثر عملية للتحقق من الإنتاج. إن أداة التحقق من الإنتاج التي يسهل الوصول إليها هي العينة الشاهدة: وهي عينة معالجة يتم إنتاجها في وقت واحد مع كل دفعة إنتاج، ويتم تخزينها واختبارها بشكل دوري عن طريق التدوير الحراري وفحص المقطع العرضي-. يتنبأ الانحراف في العينة الشاهدة بما هو موجود في دفعة الإنتاج، ولكنه لا يضمن ذلك.
الخطوات التالية - اتصل بشركة Fong Yong Chemical
