1 pav.Sujungtose vielos{0}}jungtyse kietas epoksidinis įdėklas sukuria susitraukimo įtempį iš šono per sujungimo vielos kilpas. Įtempimas koncentruojasi ties jungties kulnu - silpniausiame laido skerspjūvyje -, o gedimas atsiranda po kelių terminių ciklų, o ne pradinio bandymo metu.
Specifikacijose buvo nurodytas antipireninis epoksidinis mišinys-. Buvo pasirinkta standi, didelio-modulio sistema, - gerai-apibūdinta, UL-sąrašas, dokumentuotas Tg ir dielektrinis stiprumas. Inžinierių komanda buvo įsitikinusi, kad pasirinko medžiagą. Praėjus šešiems gamybos mėnesiams, grąžinamuose vienetuose pradeda atsirasti vielos sujungimo gedimų. Ne visi grąžinti vienetai - sudaro maždaug 3 % siuntų iš tam tikros datos sekos. Skerspjūvio analizė rodo sujungimo vielos lūžius ties kulnu, be per didelės-srovės ar mechaninio smūgio požymių. Vielos metalurgija yra normali. Antgalis nepažeistas. Įeinančios medžiagos sukibimo stiprumas atitiko specifikaciją.
Tyrimo metu nepavyko nustatyti -, nes jo nėra gedimų analizės kontroliiniame sąraše -, yra tai, kad lūžiai įvyko ties sukibimo kilpos kulnu, nes standusis epoksidinis sluoksnis sukietėjo ir susitraukė aplink laidą, traukdamas kilpą į šoną, kai ji susitraukė, įtempis sutelkiamas būtent ties kulnu, kur vielos skerspjūvis- pereina iš FAB korpuso į FAB korpusą. Medžiaga nebuvo netinkamo gamintojo. Tai buvo neteisingas modulis.
Daugumą litavimo jungčių ir vielos jungties nuovargio gedimų induose sukelia inkapsuliatorius, o ne jungtis. Inkapsuliatorius taiko įtampą. Pakeitus jungties geometriją, lydinį ar vielos skersmenį, įtempio šaltinis, esantis jungties išorėje, nėra pašalinamas.
Ką kietoji epoksidinė derva veikia kietėjimo metu
Kai dviejų -komponentų epoksidinė sistema sumaišoma ir išleidžiama į ertmę, kurioje yra elektroninių komponentų, kryžminio-jungimo reakcija, kuri sukuria sukietėjusią kietą medžiagą, taip pat sukelia tūrinį susitraukimą. Daugumos standžiųjų epoksidinių dervų sistemų linijinis susitraukimas yra 0,2–1,0 %. Absoliučiais skaičiais 0,5 % linijinis susitraukimas per 30 mm sukietėjusią atkarpą reiškia 150 μm susitraukimą. Šį susitraukimą riboja įterptieji komponentai ir ertmės sienelės, kurios nejuda. Derva negali laisvai susitraukti -, prilipusi prie visų sudrėkintų paviršių. Rezultatas yra įtempių laukas, paskirstytas visame sukietėjusiame tūryje, o didžiausias įtempis yra ties tvirčiausiomis savybėmis: komponentų laidais, laidų jungtimis, įrenginio kampais ir korpuso -su{14}}sąsaja.
Kietoje, didelio{0}modulio sistemoje (Shore D 75–95) sukietėjęs polimeras negali labai deformuotis, kad sumažintų šį įtampą. Kietėjimo metu nustatytas įtempių laukas lieka sukietintoje dalyje kaip užrakinta-apkrova. Kiekvienas įterptasis komponentas ir kiekviena sąsaja, besiliečianti su vazonu, patiria nuolatinį statinį įtempimą dėl sukietėjusio inkapsuliatoriaus - prieš bet kokią eksploatavimo apkrovą, prieš bet kokį terminį ciklą, prieš bet kokią vibraciją.
Šio įtempio dydis priklauso nuo susitraukimo dydžio, sukietėjusios epoksidinės dervos modulio, pagrindo ir komponentų modulio bei geometrijos. Įprastoms standžioms sistemoms ant grandinių plokščių su kiaurymėmis ir SMT komponentais, kietėjimo susitraukimo įtempis litavimo jungčių sąsajose gali siekti 5–15 MPa -, gerokai mažesnis už galutinį jungties tempimo stiprumą, tačiau to pakanka, kad sutrumpėtų jos nuovargio tarnavimo laikas, kai kartu su eksploatacinėmis apkrovomis.
Šiluminio dviračio stiprinimas
Kietėjimo susitraukimo įtempis yra statinė apkrova. Šiluminis važiavimas yra dinaminė apkrova. Eksploatacijos metu kiekvienas temperatūros pokytis nuo kietėjimo temperatūros sukuria papildomą įtampą kiekvienoje sąsajoje, kur epoksidinės medžiagos CTE skiriasi nuo gretimos medžiagos CTE. Įtempių amplitudė per ciklą priklauso nuo CTE neatitikimo, temperatūros poslinkio dydžio ir medžiagų standumo.
Jei naudojamas standus epoksidinis derinys (CTE ~50–70 ppm/laipsnis mažesnis nei Tg), prijungtas prie FR-4 PCB (CTE ~14-18 ppm/laipsnis -plokštumoje, ~60-80 ppm/laipsnis iš-iš{15}}plokštumos), vario švino korpuso korpusas ~7 laipsnis cippa (appam. (CTE ~7–10 ppm/laipsnis) ir aliuminio korpusas (CTE ~23ppm/laipsnis), CTE neatitikimas kiekvienoje sąsajoje sukuria šlyties įtempį kiekvieno temperatūros pokyčio metu. Kietame inkapsuliatoriuje šis šlyties įtempis negali būti sumažintas deformuojant kapsulę – jis perduodamas į silpniausią apkrovos kelio sąsają.
Silpniausia sąsaja priklauso nuo surinkimo geometrijos. Moduliuose, sujungtuose su viela, paprastai tai yra jungtis arba antroji jungtis (pleištinė jungtis). Smulkaus-žingsnio SMT mazguose tai yra litavimo jungtis kampe-daugumoje komponentų pozicijų, kur ekscentriškumas nuo neutralaus taško yra didžiausias. Ritės arba transformatoriaus rinkiniuose su mišriomis metalinėmis medžiagomis, tai yra epoksidinės-su{7}}korpuso sąsaja, kurioje CTE nesutapimas tarp užpildo, vielos ir gaubto sukelia didžiausią šlytį.
Bendras kietėjimo susitraukimo statinio įtempio ir ciklinio terminio įtempio poveikis lemia jungties nuovargio trukmę. Gydymo susitraukimo streso terminas padidina vidutinį streso lygį. Terminis ciklo terminas nurodo ciklinę amplitudę. Abu prisideda prie įtrūkimo atsiradimo; plyšio plitimo greitis priklauso nuo abiejų terminų.
Kodėl gedimo laiko juosta sukelia klaidingą identifikavimą
Streso-pernešimo gedimai, atsirandantys dėl standaus epoksidinio sluoksnio, atsiranda ne iš karto po išgydymo. Įtrūkimų atsiradimo ciklo skaičius priklauso nuo bendros įtempių amplitudės, kuri priklauso nuo geometrijos ir medžiagų. Įprastuose mazguose gedimai atsiranda po 100–500 šiluminių ciklų arba po kelių mėnesių iki metų nuolatinio vibracijos poveikio. Ši laiko juosta sukelia nuolatinį klaidingą identifikavimą:
Pradiniame bandyme- agregatas praeina visus elektros patikrinimus, hi-puodą ir vizualinį patikrinimą. Kietėjimo susitraukimo įtempis yra, bet mažesnis už įtrūkimo atsiradimo slenkstį. Gedimas neaptiktas.
Ankstyvas naudojimas lauke- surinkimas veikia įprastai. Sukaupti terminiai ciklai nepasiekė įtrūkimo pradžios slenksčio. Gedimas neaptiktas.
Tarnaujant 3–12 mėnesiųPrasideda - gedimų. Atliekant tyrimą dėmesys sutelkiamas į sugedusį komponentą arba jungtį, o ne į kapsuliatorių. Grąžintų vienetų vielos sukibimo stiprumas gali atitikti gaunamus reikalavimus, nes nesugedę laidai yra nepažeisti - sugedusių laidų statistinė populiacija jau yra sugedusiuose vienetuose.
Gedimų analizės metu- skerspjūviai- rodo įtrūkimus jungties kulno arba litavimo jungties sąsajoje. Tyrimo metu tai siejama su metalurginiu nuovargiu, kuris yra techniškai tikslus - nuovargio įtrūkimų plitimas buvo galutinis gedimo būdas -, tačiau nenurodoma pagrindinė priežastis: padidėjusi standaus inkapsuliatoriaus įtempių amplitudė.
Norint teisingai nustatyti pagrindinę priežastį, reikia palyginti gedimo dažnį ir įtrūkimų vietos modelį su tuo, ko būtų galima tikėtis iš apskaičiuoto įtempių lauko vazoninėje geometrijoje. Įtrūkimai, atsirandantys nuspėjamose didelio{1}}įtempimo vietose (sujungtų modulių sujungimo užkulniai, SMT matricų kampiniai komponentai, švino išėjimai vazoninėse ritėse), pasiskirstę tolygiai visoje populiacijoje -, o ne atsitiktinai atsitiktinėse vietose -, atitinka sistemingą įtempimo šaltinį inkapsuliacijoje.
Kuo skiriasi žemo{0}}modulio inkapsuliatorius
Pusiau -lankstus epoksidinis derinys su Shore A 80–90 ir pailgėjimas maždaug 140 % reaguoja į susitraukimą ir terminio ciklo įtempimą deformuodamas, o ne perkeldamas įtampą į įterptus komponentus. Shore A 80 medžiagos modulis yra maždaug dviem dydžiais mažesnis nei Shore D 80 - taip pat, kaip guminė juosta ir plieninis strypas skirtingai reaguoja į tą pačią jėgą. Guminė juosta deformuojasi. Plieninis strypas perduoda jėgą.
Kai mažo-modulio inkapsuliatorius sukietėja ir susitraukia, jis negali sukurti didelio įtempimo įterptosiose sąsajose, nes jo standumas yra nepakankamas dideliam įtempių laukui išlaikyti. Susitraukimas atsiranda, tačiau derva deformuojasi, kad prisitaikytų, o ne perduotų susitraukimo apkrovą gretimoms sudedamosioms dalims. Liekamoji įtempio būsena sukietėjusioje dalyje yra žymiai mažesnė nei standžioje sistemoje, kurios susitraukimo procentas yra toks pat.
Šiluminio ciklo metu mažo -modulio sistema deformuojasi, kad prisitaikytų prie diferencinio CTE judėjimo tarp epoksidinės dervos ir įterptųjų medžiagų. Šlyties įtempis sąsajoje sumažėja, nes inkapsuliatorius juda kartu su pagrindu, o ne jam priešinasi. CTE neatitikimas vis dar egzistuoja - medžiagos nepasikeitė -, tačiau dėl neatitikimo atsirandantis įtempis absorbuojamas kapsuliuojančios medžiagos deformacijos, o ne perkeliamas į jungtį.
Tai yra pusiau{0}}lanksčios sistemos inžinerinis pagrindas. Nėra taip, kad pusiau{2}}lanksti sistema padaro surinkimą tvirtesnį. Tai yra tai, kad pusiau -lanksti sistema pašalina inkapsuliatorių kaip įtempių šaltinį, todėl agregatas gali veikti pagal suplanuotą apkrovą be papildomos apkrovos, atsirandančios iš mišinio.
2 pav.Standžioji epoksidinė medžiaga negali deformuotis, kad prisitaikytų prie susitraukimo -, įtempis perduodamas į silpniausią apkrovos kelio sąsają. Vietoj to deformuojasi pusiau -lanksti sistema, kurios pailgėjimas yra ~140 %, pašalindama kapsulę kaip įtempių šaltinį nekeičiant jungties geometrijos.
Mažo modulio{0}}kompensacijos: ko negali padaryti pusiau-lankstus
Savybės, dėl kurių pusiau{0}}lanksti sistema veiksmingai mažina įtampą, yra tos pačios savybės, dėl kurių ji netinkama naudoti, kai reikalingas mechaninis tvirtumas, struktūrinė atrama arba agresyvus šiluminis našumas:
Matmenų stabilumas esant nuolatinei mechaninei apkrovai.Shore A 80–90 šliaužia veikiant nuolatinei gniuždymo arba šlyties apkrovai. Jei vazoninis mazgas yra mechaniškai suvaržytas prispaudžiamu-pritvirtinamu kaiščiu, fiksuojančiu-laikikliu, kuris veikia nuolatinę jėgą, arba jungtimi, perduodančia įterpimo jėgą į vazono sritį, pusiau -lanksti matrica laikui bėgant deformuosis. Atliekant apkrovą, reikalinga standi epoksidinė medžiaga.
Šilumos laidumas.Pusiau -lanksčių sistemų šilumos laidumas yra tame pačiame diapazone kaip standartinių standžiųjų vazoninių mišinių -, paprastai 0,5–0,7 W/m·K. Jei pagal dizainą reikalaujama, kad sluoksnio sluoksnis perneštų šilumą iš energiją išsklaidžiančio komponento į aušinimo paviršių, pusiau lanksti sistema tokiu laidumo lygiu nepadės reikšmingo šilumos pagerinimo. Reikia šilumai laidžios standžios sistemos (1,0–1,5 W/m·K).
Storos{0}}skilties elgsena.Pailgėjimo savybė, dėl kurios pusiau{0}}lanksti sistema yra naudinga streso mažinimui, lydi didesnė egzoterminė šilumos generacija tūrio vienetui tiršto liejimo centre, nes didesnis katalizatoriaus lygis, reikalingas kietėjimui kambario temperatūroje{1}}, sukelia greitesnę reakciją. Didelio tūrio pilant giliose sekcijose gali susidaryti pakankamai egzoterminės šilumos, kad vietiškai pakiltų temperatūra. Pjūvio storis ir išpylimo tūris turi būti patvirtinti prieš gaminant.
Šliaužti esant aukštesnei darbinei temperatūrai.„Shore A 80–90“ sistema, veikianti netoli viršutinės eksploatacinės temperatūros ribos (100 laipsnių tipiškoms pusiau -lanksčioms sistemoms), valkšnumo greitis bus didesnis nei standžios sistemos toje pačioje temperatūroje. Taikymams, kuriuose reikalingas matmenų tikslumas esant šiluminei apkrovai, turėtų būti naudojama standi, aukšta{5}}Tg sistema.
Taikymo sąlygos, kai inkapsulanto modulis yra pagrindinis atrankos kriterijus
Toliau pateiktos surinkimo sąlygos rodo, kad įtempių{0}}perkėlimo mechanizmas yra lemiamas gedimo pavojus ir kad medžiagos pasirinkimą turėtų paskatinti kapsulės modulis -, o ne dielektrinis stiprumas, šilumos laidumas ar Tg -:
Moduliai, sujungti su vielomis- (aukso arba vario viela, rutuliniai arba pleištiniai ryšiai), uždengti standžiu glaistu, veikiantys šiluminiu ciklu arba vibracija.
Smulkaus-žingsnio SMT mazgai (0,5 mm žingsnio arba smulkesni) su kelių tipų komponentais, turinčiais skirtingus CTE - keraminius pasyvius elementus, polimerų paketus ir metalinius-korpuso induktorius tame pačiame indelyje.
PCB su plonomis, neparemtomis dalimis arba lanksčiais substratais, uždengtais standžioje padėtyje - standumo skirtumas tarp pagrindo ir įdėklo sukuria didelį paviršiaus įtempį kietėjimo metu.
Ferito šerdies mazgai (transformatoriai, induktoriai, įprasto -modemo droseliai), kurių ferito korpusas CTE (~10 ppm/laipsnis) iš esmės skiriasi nuo aplinkinio epoksidinio CTE (~50–70 ppm/laipsnis).
Agregatai nuolatinės vibracijos aplinkoje (automobiliuose, pramoninėse variklių pavarose, lauko šviestuvuose), kur kumuliacinė ciklinė apkrova yra pagrindinė gedimų priežastis.
Bet koks agregatas, kurio ankstesnių gedimų istorija rodo įtrūkimus, protrūkius atsivėrimus arba atsisluoksniavimą, kuris koreliuoja su terminio ciklo skaičiumi, o ne su konkrečiu per didelio įtempimo įvykiu.
Modulio pasirinkimas kaip dizaino sprendimas, o ne numatytasis
Standartinis epoksidinių mišinių atrankos procesas daugelyje B2B pirkimo darbo eigų prasideda nuo liepsnos įvertinimo (UL 94 V-0), pereinama prie dielektrinio stiprumo, tada įvertinamas kietėjimo grafikas ir Tg. Modulis ir pailgėjimas dažnai pateikiami paskutiniai TDS ir retai būna labai vertinami pradinėje atrankoje. Šis užsakymas atspindi atitikties reikalavimų seką – liepsnos įvertinimas yra teisiškai įpareigotas, dielektrinis stiprumas yra išmatuojamas, modulio nėra daugumoje įrangos standartų.
Dėl to agregatai su mechaniškai jautriomis struktūromis reguliariai apibarstomi standžiais, didelio{0}}modulio junginiais, nes nebuvo atrankos vartų, kurie užduotų modulio klausimą. Specifikacija praeina atitikties peržiūrą. Gedimas pasirodo lauke. Tyrimas prie atrankos negrįžta.
Tinkamas būdas yra įtraukti mechaninio įtempių analizę į ankstyvą projektavimo etapą - prieš pasirenkant vazono mišinį. Klausimas "kokius įtempius šis inkapsuliatorius veikia surinkimui kietėjimo ir eksploatavimo metu?" turi būti atsakyta prieš nurodant medžiagą, o ne po pirmojo lauko grąžinimo.
Tam reikia žinoti apytikslį junginio kandidato susitraukimą, sukietėjusios sistemos modulį, substrato ir komponentų CTE ir vazono sekcijos geometriją. Nė vienam iš jų nereikia baigtinių elementų analizės - pakanka pirmosios-eilės įvertinimo pagal medžiagos savybes ir geometriją, kad būtų galima nustatyti, ar įtempių perdavimas gali būti valdantis gedimo mechanizmas prieš baigiant medžiagos pasirinkimą.
Susijęs produktas, skirtas stresui{0}}jautriam surinkimui
E759/H759 yra dviejų -komponenčių, pusiau -lankstus epoksidinis derinys, kurio Shore A 80–90 ir maždaug 140 % pailgėjimas trūkimo metu. Jis yra UL 94 V-0 sertifikuotas pagal UL failą E120665, minimalus storis 1,58–1,74 mm. Eksploatacijos temperatūros diapazonas yra nuo –30 laipsnių iki +100 laipsnių. Mišinio santykis yra 100:30 pagal svorį; 60 g masės 25 laipsnių temperatūroje tinkamumo laikas yra maždaug 60 minučių. Gydoma kambario temperatūroje (7 dienos esant 25 laipsniams) arba karščiu (50–60 laipsnių × 2 val. + 80 laipsnis × 2 val.).
Tai tinkama, kai dominuojanti rizika yra mechaninio įtempio perdavimo - vielos jungties nuovargis, litavimo jungties įtrūkimai, CTE-neatitikimo delaminacija arba vibracijos{2}}sukeltas lūžis. Jis netinka apkrovą-nešančioms konstrukcijoms, didelio-šilumos srauto-šilumos valdymui arba mazgams, kuriems reikalingas Shore D standumas, kad būtų galima toleruoti matmenis. Atranka turi būti patvirtinta tipiniams bandiniams pagal faktinį naudojimo terminio ciklo profilį.
→ 🔗E759/H759 produkto puslapis - Techniniai duomenys, UL sertifikatas, taikymo pastabos
Pagrindiniai inžineriniai klausimai
Kaip įvertinti, ar mano dabartinėje sąrankoje vyksta įtempių perdavimas?
Pirmosios -eilės įvertinimas gali būti atliktas pagal vazoninio mišinio susitraukimą (pagal TDS, paprastai nurodomas kaip tiesinis susitraukimas %), sukietėjusios sistemos modulio (susijęs su Shore D - Shore D 80 atitinka maždaug 1 500–2 500 MPa tempimo modulį) ir tempimo modulį. Įtempimas standžioje įterptoje sąsajoje yra apytiksliai E × ε, kur E yra epoksidinis modulis, o ε yra ribotas susitraukimo įtempis. Jei gauta vertė yra didelė litavimo jungties arba vielos jungties nuovargio ribos dalis, tikėtina, kad įvyks įtempių perdavimas. Tai yra apytikslis įvertinimas - geometrija ir apkrovos kelio detalės daro didelę įtaką faktiniam įtempimui -, bet nustato, ar mechanizmas reikalauja išsamios analizės ar eksperimentinio patvirtinimo prieš baigiant medžiagos pasirinkimą.
Jei sąrankoje šiuo metu naudojama standi epoksidinė derva, o lauko gedimų istorija atitinka įtempių perdavimą, kokia yra teisinga pusiau{0}}lanksčios alternatyvos vertinimo seka?
Pradėkite nuo gedimo mechanizmo patvirtinimo atlikdami grąžintų vienetų skerspjūvio analizę - plyšio atsiradimo vieta, įtrūkimo plitimo kelias ir koreliacija su terminio ciklo skaičiumi. Tada sukurkite tikrojo mazgo bandomuosius pavyzdžius su pusiau -lanksčiu kandidatu pagal tą pačią geometriją ir kietėjimo grafiką ir paleiskite pagreitintą terminį ciklą iki ciklų skaičiaus, kuris apima tą patį gedimų diapazoną, pastebėtą lauke (paprastai 2–5 kartus daugiau nei ciklų skaičius, kai pirmą kartą atsirado lauko gedimų). Palyginkite standžių ir pusiau lanksčių bandinių gedimų dažnį ir įtrūkimų atsiradimo vietą. Šis procesas trunka 4–8 savaites, priklausomai nuo terminio ciklo įrangos prieinamumo, tačiau tai yra vienintelis patikimas pagrindas priimti sprendimą dėl medžiagos keitimo. Vien duomenų lapo palyginimas nenumato šio gedimo mechanizmo veikimo{12}}tarnavimo metu.
Ar žemesnio{0}}modulio sistema mažiau apsaugo aplinką nei standi sistema?
Pusiau{0}}lanksti „Shore A 80–90“ sistema išlaiko aplinkos apsaugos funkciją - ji apsaugo agregatą nuo drėgmės patekimo, užtikrina elektros izoliaciją ir atitinka UL 94 V-0 liepsnos charakteristikas. Tai, ko jis nesuteikia, yra mechaninis standumas - jis deformuojasi veikiant nuolatinei gniuždymo apkrovai. Aplinkos apsaugai naudojant ne{10}}apkrovą{14}}pakankamai Shore A 80–90. Svarbu palyginti, ar modulio sumažinimas nuo kranto D iki kranto A yra svarbus konkrečiai mechaninei apkrovai, kurią agregatas matys eksploatacijos metu, o ne tai, ar pusiau lanksti sistema suteikia „mažiau apsaugą“ abstrakčia prasme.
Kiti veiksmai - Susisiekite su „Fong Yong Chemical“.
