الشكل 1.في مجموعات الأسلاك-المترابطة، يتم تطبيق تربة إيبوكسي صلبة لعلاج إجهاد الانكماش بشكل جانبي عبر حلقات الأسلاك الرابطة. يتركز الإجهاد عند كعب الرابطة - أضعف مقطع عرضي - في السلك - ويظهر الفشل بعد دورات حرارية متعددة، وليس عند الاختبار الأولي.
تتطلب المواصفات استخدام مركب تأصيص إيبوكسي مثبط للهب-. تم اختيار نظام معامل - جامد وعالي - يتميز جيدًا- ومدرج في قائمة UL- وموثق بـ Tg وقوة العزل الكهربائي. كان الفريق الهندسي واثقًا من اختيار المواد. بعد ستة أشهر من الإنتاج، تبدأ حالات فشل السندات السلكية في الظهور في الوحدات المرتجعة. لم يتم إرجاع كافة الوحدات - تقريبًا 3% من الشحنات من نطاق زمني محدد. يُظهر تحليل المقطع العرضي-كسورًا في أسلاك الربط عند الكعب، مع عدم وجود دليل على وجود-صدمة ميكانيكية أو تيار زائد. تعدين السلك أمر طبيعي. إرفاق القالب سليم. كانت قوة سحب السندات على المواد الواردة ضمن المواصفات.
ما لم يعثر عليه التحقيق - لأنه غير موجود في قائمة فحص تحليل الفشل - هو أن الكسور حدثت عند كعب حلقة الرابطة لأن الإيبوكسي الصلب تم معالجته وتقلص حول السلك، مما أدى إلى سحب الحلقة جانبيًا أثناء انكماشها، وتركيز الضغط بدقة عند الكعب حيث ينتقل المقطع العرضي للسلك- من رابطة FAB إلى جسم السلك. لم تكن المادة من الشركة المصنعة الخاطئة. لقد كان المعامل الخاطئ.
يتم إنشاء معظم حالات فشل إجهاد وصلات اللحام والأسلاك في التجميعات المحفوظة بوعاء بواسطة التغليف، وليس بواسطة المفصل. يطبق التغليف الضغط. إن تغيير هندسة المفصل أو السبيكة أو قطر السلك لا يعالج مصدر الضغط الخارجي للمفصل.
ما يفعله الايبوكسي الصلب أثناء العلاج
عندما يتم خلط -نظام إيبوكسي مكون من مكونين وتوزيعه في تجويف يحتوي على مكونات إلكترونية، فإن تفاعل الارتباط المتقاطع -الذي ينتج المادة الصلبة المعالجة ينتج أيضًا انكماشًا حجميًا. بالنسبة لمعظم أنظمة التأصيص الإيبوكسي الصلبة، يتراوح الانكماش الخطي بين 0.2 و1.0%. من حيث القيمة المطلقة، فإن الانكماش الخطي بنسبة 0.5% عبر مقطع معالج بطول 30 مم يعني 150 ميكرومتر من الانكماش. يتم تقييد هذا الانكماش بواسطة المكونات المدمجة وجدران التجويف التي لا تتحرك. لا يمكن للراتنج أن ينكمش بحرية - ويتم تثبيته من خلال التصاقه بجميع الأسطح التي يبللها. والنتيجة هي مجال ضغط موزع عبر الحجم المعالج، مع ذروة الإجهاد عند أصعب الميزات: أسلاك المكونات، والروابط السلكية، وزوايا الجهاز، وواجهة المبيت-في الوعاء-.
في نظام صلب وعالي{0}معامل (Shore D 75–95)، لا يمكن للبوليمر المعالج أن يتشوه بشكل كبير لتخفيف هذا الضغط. يظل حقل الضغط الذي تم تعيينه أثناء المعالجة في الجزء المعالج كحمل مقفل-. يتعرض كل مكون مضمن وكل واجهة متصلة بالوعاء لضغط ثابت وثابت من التغليف المعالج - قبل أي تحميل للخدمة، وقبل أي دورة حرارية، وقبل أي اهتزاز.
يعتمد حجم هذا الضغط على حجم الانكماش، ومعامل الإيبوكسي المعالج، ومعامل الركيزة والمكونات، والهندسة. بالنسبة لأنظمة التأصيص الصلبة النموذجية على لوحات الدوائر ذات الفتحات- ومكونات SMT، يمكن أن يصل ضغط الانكماش المعالج في واجهات وصلات اللحام إلى 5–15 ميجا باسكال - أقل بكثير من قوة الشد النهائية للمفصل، ولكنه كافٍ لتقليل عمر الكلال عند دمجه مع أحمال الخدمة.
تضخيم الدراجات الحرارية
علاج الإجهاد الانكماش هو حمولة ثابتة. الدراجات الحرارية هي حمل ديناميكي. أثناء الخدمة، تولد كل رحلة في درجة الحرارة من درجة حرارة المعالجة إجهادًا إضافيًا في كل واجهة حيث يختلف CTE للإيبوكسي عن CTE للمادة المجاورة. تعتمد سعة الضغط لكل دورة على عدم تطابق CTE، وحجم رحلة درجة الحرارة، وصلابة المواد.
بالنسبة للإيبوكسي الصلب (CTE ~ 50–70 جزء في المليون / درجة أقل من Tg) المرتبط بـ FR -4 PCB (CTE ~ 14–18 جزء في المليون / درجة في - المستوى، ~ 60–80 جزء في المليون / درجة خارج - من - المستوى)، إطار رصاص نحاسي (CTE ~ 17 جزء في المليون / درجة)، جسم مكثف من السيراميك (CTE ~ 7–10 جزء في المليون / درجة) )، وحاوية من الألومنيوم (CTE ~ 23 جزء في المليون / درجة)، فإن عدم تطابق CTE في كل واجهة يولد إجهاد القص أثناء كل تغير في درجة الحرارة. في العبوة الصلبة، لا يمكن تخفيف إجهاد القص هذا عن طريق تشوه العبوة - فهو ينتقل إلى أضعف واجهة في مسار التحميل.
تعتمد الواجهة الأضعف على هندسة التجميع. في الوحدات المرتبطة بالسلك-، يكون عادةً كعب الرابطة أو الرابطة الثانية (الرابطة الإسفينية). في تجميعات SMT ذات الدرجات الدقيقة-، تكون وصلة اللحام في الزاوية-معظم مواضع المكونات، حيث يكون الانحراف المركزي من النقطة المحايدة في أعلى مستوياته. في مجموعات الملفات أو المحولات التي تحتوي على مواد معدنية مختلطة، تكون واجهة المبيت من الإيبوكسي - إلى - حيث ينتج عدم تطابق CTE بين الحشو والسلك والغلاف أعلى قص.
إن التأثير المشترك للإجهاد الثابت للانكماش بالإضافة إلى الإجهاد الحراري الدوري يحدد عمر التعب للمفصل. يؤدي مصطلح إجهاد الانكماش إلى رفع مستوى الإجهاد المتوسط. يوفر مصطلح التدوير الحراري السعة الدورية. كلاهما يساهم في بدء الكراك؛ يعتمد معدل انتشار الكراك على كلا المصطلحين.
لماذا يتسبب الجدول الزمني للفشل في تحديد الهوية بشكل خاطئ
الإجهاد-لا تظهر حالات فشل النقل الناجمة عن الأصيص الإيبوكسي الصلب مباشرة بعد العلاج. يعتمد عدد دورات بدء التصدع على سعة الضغط المجمعة، والتي تعد دالة للهندسة والمواد. في التجميعات النموذجية، تظهر الأعطال بعد 100-500 دورة حرارية في الخدمة، أو بعد عدة أشهر إلى سنة من التعرض المستمر للاهتزاز. يؤدي هذا الجدول الزمني إلى خطأ متسق في التعرف على الهوية:
في الاختبار الأولي- اجتاز التجميع جميع الفحوصات الكهربائية، والوعاء العالي-، والفحص البصري. إن إجهاد الانكماش العلاجي موجود ولكن أقل من عتبة بدء الكراك. لم يتم الكشف عن أي فشل.
في الاستخدام الميداني المبكر- يعمل التجميع بشكل طبيعي. لم تصل الدورات الحرارية المتراكمة إلى عتبة بدء التشقق. لم يتم الكشف عن أي فشل.
في الخدمة من 3 إلى 12 شهرًاتبدأ حالات الفشل - في الظهور. يركز التحقيق على المكون أو المفصل الفاشل، وليس على العبوة. قد تفي قوة سحب رابط السلك في الوحدات التي تم إرجاعها بالمواصفات الواردة لأن الأسلاك التي لم تفشل سليمة - العدد الإحصائي للأسلاك الفاشلة موجود بالفعل في الوحدات الفاشلة.
أثناء تحليل الفشل- تظهر المقاطع العرضية- تشققًا في كعب الربط أو واجهة وصلة اللحام. يعزو البحث هذا إلى التعب المعدني، وهو دقيق تقنيًا - كان انتشار صدع التعب هو وضع الفشل النهائي - ولكنه يغفل السبب الجذري: سعة الإجهاد المرتفعة من التغليف الصلب.
يتطلب تحديد السبب الجذري الصحيح مقارنة معدل الفشل ونمط موقع التصدع مع ما يمكن توقعه من حقل الضغط المحسوب في الهندسة المحفوظة بوعاء. الشقوق التي تبدأ في مواقع الضغط العالي- التي يمكن التنبؤ بها (كعوب السندات في الوحدات السلكية - المرتبطة، ومكونات الزاوية في صفائف SMT، ومخارج الرصاص في الملفات المحفوظة بوعاء) الموزعة بشكل موحد عبر المجموعة السكانية - بدلاً من المواقع العشوائية - بشكل عشوائي، تتوافق مع مصدر الإجهاد المنهجي في العبوة.
ما الذي يفعله مغلف-المعامل المنخفض بشكل مختلف
يستجيب الإيبوكسي شبه المرن-مع Shore A 80–90 والاستطالة بنسبة 140% تقريبًا لعلاج الانكماش وإجهاد التدوير الحراري عن طريق التشوه، بدلاً من نقل الضغط إلى المكونات المدمجة. يكون معامل مادة Shore A 80 أقل بمقدار أمرين تقريبًا من Shore D 80 - بنفس الطريقة التي يستجيب بها الشريط المطاطي والقضيب الفولاذي بشكل مختلف لنفس القوة المطبقة. يتشوه الشريط المطاطي. ينقل القضيب الفولاذي القوة.
عندما يعالج التغليف ذو المعامل المنخفض- وينكمش، فإنه لا يمكن أن يولد ضغطًا عاليًا في الواجهات المضمنة لأن صلابته غير كافية للحفاظ على مجال ضغط كبير. يحدث الانكماش، ولكن يتشوه الراتينج لاستيعابه بدلاً من نقل حمل الانكماش إلى المكونات المجاورة. تكون حالة الإجهاد المتبقية في الجزء المعالج أقل بكثير مما هي عليه في النظام الصلب بنفس نسبة الانكماش.
أثناء التدوير الحراري، يتشوه نظام المعامل المنخفض- لاستيعاب حركة CTE التفاضلية بين الإيبوكسي والمواد المدمجة. يتم تقليل إجهاد القص عند الواجهة لأن التغليف يتحرك مع الركيزة بدلاً من مقاومتها. لا يزال عدم تطابق CTE موجودًا - لم تتغير المواد - لكن الضغط الناتج عن عدم التطابق يتم امتصاصه بواسطة تشوه العبوة بدلاً من نقله إلى المفصل.
وهذا هو الأساس الهندسي لتحديد نظام -شبه مرن. لا يعني ذلك أن النظام شبه المرن-يجعل التجميع أقوى. وهو أن النظام شبه المرن- يزيل التغليف كمصدر ضغط، مما يسمح للتجميع بالعمل في ظل ظروف الحمل المصممة دون الحمل الإضافي المفروض من مركب التأصيص.
الشكل 2.لا يمكن أن يتشوه الإيبوكسي الصلب لاستيعاب الانكماش الناتج عن المعالجة - وينتقل الضغط إلى أضعف واجهة في مسار التحميل. بدلاً من ذلك، يتشوه النظام شبه المرن بنسبة استطالة تصل إلى 140% تقريبًا، مما يؤدي إلى إزالة التغليف كمصدر للإجهاد دون تغيير هندسة المفصل.
المقايضة-بالمعاملات المنخفضة: ما لا تستطيع -الأنظمة شبه المرنة فعله
الخصائص التي تجعل النظام شبه المرن فعالاً في تخفيف الضغط هي نفس الخصائص التي تجعله غير مناسب للتطبيقات التي تتطلب صلابة ميكانيكية، أو دعمًا هيكليًا، أو أداء حراري قوي:
استقرار الأبعاد تحت الحمل الميكانيكي المستمر.سوف يزحف الشاطئ A 80-90 تحت حمل الضغط أو القص المستمر. إذا تم تقييد التجميع الموجود في الوعاء ميكانيكيًا عن طريق الضغط على -دبوس ملائم، أو دعامة تثبيت -سفلية تمارس قوة مستدامة، أو موصل ينقل قوة الإدخال إلى منطقة الوعاء، فإن المصفوفة شبه المرنة - سوف تتشوه بمرور الوقت. يلزم وجود إيبوكسي صلب للتطبيقات التي تحمل الأحمال-.
الموصلية الحرارية.تتمتع الأنظمة شبه المرنة بموصلية حرارية في نفس النطاق مثل مركبات الأصيص الصلبة القياسية - والتي تبلغ عادةً 0.5–0.7 واط/م·ك. إذا كان التصميم يتطلب من طبقة التأصيص توصيل الحرارة من مكون تشتيت الطاقة-إلى سطح التبريد، فإن النظام شبه المرن-عند مستوى التوصيل هذا لن يوفر تحسينًا حراريًا ذا معنى. ويلزم وجود نظام جامد موصل للحرارة (1.0–1.5 واط/م·ك).
سلوك القسم السميك-.خاصية الاستطالة التي تجعل النظام شبه المرن مفيدًا لتخفيف الضغط تكون مصحوبة بتوليد حرارة طاردة للحرارة أعلى لكل وحدة حجم في مركز صب سميك، لأن مستوى المحفز الأعلى المطلوب لمعالجة درجة حرارة الغرفة-ينتج تفاعلًا أسرع. قد يؤدي صب كميات كبيرة من المياه في الأقسام العميقة إلى توليد حرارة طاردة للحرارة كافية للتسبب في ارتفاع درجة الحرارة المحلية. يجب التحقق من صحة سمك القسم وحجم الصب قبل الإنتاج.
زحف عند درجة حرارة الخدمة العليا.إن نظام Shore A 80–90 الذي يعمل بالقرب من الحد الأعلى لدرجة حرارة الخدمة (100 درجة للأنظمة شبه المرنة النموذجية-) سوف يُظهر معدلات زحف أعلى من النظام الصلب عند نفس درجة الحرارة. يجب أن تستخدم التطبيقات التي تتطلب دقة الأبعاد تحت الحمل الحراري نظام Tg جامدًا وعاليًا -.
شروط التطبيق حيث يكون معامل التغليف هو معيار الاختيار الحاكم
تشير شروط التجميع التالية إلى أن آلية نقل الإجهاد- هي خطر الفشل الحاكم، وأن معامل التغليف - بدلاً من قوة العزل الكهربائي، أو التوصيل الحراري، أو Tg - يجب أن يحرك اختيار المواد:
وحدات سلكية-مترابطة (أسلاك ذهبية أو نحاسية، روابط كروية أو إسفينية) محاطة بمركب تأصيص صلب، تعمل تحت التدوير الحراري أو الاهتزاز.
تجميعات SMT- ذات خطوة دقيقة (درجة 0.5 مم أو أدق) مع أنواع مكونات متعددة تشتمل على مواد CTE - مختلفة من السيراميك الخامل، وحزم بوليمر، ومحثات جسم معدنية- في نفس منطقة الأصيص.
مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات المقاطع الرقيقة وغير المدعومة أو الركائز المرنة المحاطة بأوعية صلبة - يؤدي فرق الصلابة بين الركيزة والتربة إلى توليد إجهاد بيني عالي أثناء المعالجة.
تجميعات قلب الفريت (المحولات، والمحاثات، واختناقات الوضع الشائع) حيث يختلف جسم الفريت CTE (~10 جزء في المليون/درجة) بشكل كبير عن الإيبوكسي CTE المحيط (~50–70 جزء في المليون/درجة).
التجميعات في بيئات الاهتزاز المستمر (السيارات، ومحركات المحركات الصناعية، والتركيبات الخارجية) حيث يكون الحمل الدوري التراكمي هو محرك الفشل المهيمن.
أي تجميع يظهر فيه سجل الفشل السابق تشققًا أو فتحًا متقطعًا أو انفصالًا يرتبط بعدد الدورات الحرارية بدلاً من حدث ضغط زائد محدد.
اختيار المعامل هو قرار تصميمي، وليس قرارًا افتراضيًا
تبدأ عملية الاختيار القياسية لمركبات بوتينغ الإيبوكسي في معظم عمليات سير عمل المشتريات بين الشركات بتصنيف اللهب (UL 94 V-0)، وتنتقل إلى قوة العزل الكهربائي، ثم يتم تقييم جدول المعالجة وTg. غالبًا ما يتم إدراج المعامل والاستطالة في آخر قائمة TDS ونادرًا ما يتم ترجيحها بشكل كبير في الاختيار الأولي. يعكس هذا الترتيب تسلسل متطلبات الامتثال - تصنيف اللهب إلزامي قانونًا، وقوة العزل الكهربائي قابلة للقياس، والمعامل ليس في معظم معايير المعدات.
والنتيجة هي أن التجميعات ذات الهياكل الحساسة ميكانيكيًا يتم حشوها بشكل روتيني بمركبات صلبة ذات معاملات عالية- نظرًا لعدم وجود بوابة اختيار تطرح سؤال المعامل. المواصفات تمر بمراجعة الامتثال. يظهر الفشل في الميدان. التحقيق لا يعود إلى عملية الاختيار.
الأسلوب الصحيح هو إضافة تحليل الإجهاد الميكانيكي إلى مرحلة التصميم المبكرة - قبل إجراء اختيار مركب التأصيص. السؤال "ما هي الضغوط التي يطبقها هذا التغليف على التجميع أثناء المعالجة والخدمة؟" يجب الإجابة عليه قبل تحديد المادة، وليس بعد إرجاع الحقل الأول.
وهذا يتطلب معرفة الانكماش التقريبي للمركب المرشح، ومعامل النظام المعالج، وCTE للركيزة والمكونات، وهندسة القسم المحفوظ بوعاء. لا يتطلب أي منها تحليل العناصر المحدودة -، ويكفي التقدير الأول-من خصائص المادة وهندستها لتحديد ما إذا كان نقل الإجهاد من المحتمل أن يكون آلية فشل حاكمة قبل الانتهاء من اختيار المادة.
منتج ذو صلة بالإجهاد-أوعية التجميع الحساسة
E759/H759 عبارة عن مركب تأصيص إيبوكسي مرن مكون من مكونين-وشبه{3}}مرن مع Shore A 80–90 واستطالة بنسبة 140% تقريبًا عند الكسر. إنه معتمد من UL 94 V-0 بموجب ملف UL E120665 بسمك لا يقل عن 1.58-1.74 ملم. نطاق درجة حرارة الخدمة هو -30 درجة إلى +100 درجة. نسبة الخلط هي 100:30 بالوزن؛ عمر الوعاء حوالي 60 دقيقة لكتلة 60 جم عند 25 درجة. يتم العلاج بدرجة حرارة الغرفة (7 أيام عند 25 درجة) أو تسارع الحرارة (50-60 درجة × 2 ساعة + 80 درجة × 2 ساعة).
ويكون ذلك مناسبًا عندما يكون الخطر السائد هو نقل الإجهاد الميكانيكي - إجهاد رابط السلك، أو تشقق وصلة اللحام، أو عدم تطابق CTE-، أو الكسر الناجم عن الاهتزاز-. إنه ليس مناسبًا للحمل-التأصيص الهيكلي المحمل، أو الإدارة الحرارية للتدفق الحراري-العالي-، أو التجميعات التي تتطلب صلابة Shore D لتحمل الأبعاد. يجب التحقق من صحة الاختيار على العينات التمثيلية ضمن ملف الدورة الحرارية الفعلي للتطبيق.
→ 🔗E759/H759 صفحة المنتج - البيانات الفنية، شهادة UL، ملاحظات التطبيق
الأسئلة الهندسية الرئيسية
كيف يمكنني تقدير ما إذا كان هناك نقل للضغط يحدث في تجميعي الحالي؟
يمكن إجراء تقدير أولي-من انكماش مركب التأصيص (من TDS، المُدرج عادةً كـ % انكماش خطي)، ومعامل النظام المعالج (المرتبط بـ Shore D - Shore D 80 يتوافق مع معامل شد يبلغ 1500–2500 ميجا باسكال تقريبًا)، وهندسة قسم الوعاء. يبلغ الإجهاد عند الواجهة المضمنة الصلبة تقريبًا E × ε، حيث E هو معامل الإيبوكسي و ε هو سلالة الانكماش المقيدة. إذا كانت القيمة الناتجة جزءًا كبيرًا من حد إجهاد وصلة اللحام أو رابطة السلك، فمن المحتمل أن يحدث نقل الإجهاد. هذا تقدير تقريبي - للهندسة وتفاصيل مسار التحميل تؤثر على الضغط الفعلي بشكل كبير - ولكنه يحدد ما إذا كانت الآلية تتطلب تحليلًا تفصيليًا أو التحقق التجريبي قبل الانتهاء من اختيار المواد.
إذا كان التجميع يستخدم حاليًا إيبوكسيًا صلبًا ولديه سجل فشل ميداني يتوافق مع نقل الضغط، فما هو تسلسل التقييم الصحيح لبديل شبه مرن{{0}؟
ابدأ بتأكيد آلية الفشل من خلال -تحليل المقطع العرضي للوحدات التي تم إرجاعها - موقع بدء الكراك ومسار انتشار الكراك والارتباط مع عدد الدورات الحرارية. بعد ذلك، قم بإنتاج عينات اختبار للتجميع الفعلي باستخدام المرشح شبه المرن بنفس الهندسة وجدول المعالجة، وقم بتشغيل التدوير الحراري المتسارع إلى عدد دورات يغطي نفس نطاق الفشل الملحوظ في الحقل (عادةً 2–5× عدد الدورات حيث ظهرت حالات فشل المجال لأول مرة). قارن معدل الفشل وموقع بدء التشقق بين العينات الصلبة وشبه المرنة-. تستغرق هذه العملية من 4 إلى 8 أسابيع اعتمادًا على توفر معدات التدوير الحراري، ولكنها الأساس الوحيد الموثوق به لاتخاذ قرار تغيير المواد. لا تتنبأ مقارنة ورقة البيانات وحدها بسلوك الخدمة-لآلية الفشل هذه.
هل يوفر النظام ذو المعامل الأقل-حماية بيئية أقل من النظام الصلب؟
يحتفظ النظام شبه المرن -في Shore A 80–90 بوظيفة حماية البيئة - حيث يقوم بإغلاق المجموعة ضد دخول الرطوبة، ويوفر عزلًا كهربائيًا، ويتوافق مع أداء اللهب UL 94 V-0. ما لا يوفره هو الصلابة الميكانيكية - التي سوف تتشوه تحت حمل الضغط المستمر. بالنسبة لحماية البيئة في التطبيقات غير الحاملة-للأحمال، يعتبر Shore A 80–90 مناسبًا. المقارنة المهمة هي ما إذا كان التخفيض في المعامل من Shore D إلى Shore A مناسبًا للتحميل الميكانيكي المحدد الذي سيراه التجميع في الخدمة، وليس ما إذا كان النظام شبه المرن يوفر "حماية أقل" بالمعنى المجرد.
الخطوات التالية - اتصل بشركة Fong Yong Chemical
