一, Rekonstrukcija materialnega sistema: prebojna uporaba temperaturno odporne podlage
1. Optimizacija fizikalnih lastnosti substrata z visoko Tg
Tradicionalni materiali FR-4 pokvarijo pri temperaturi posteklenitve (Tg) pri 130 stopinjah, kar povzroči 62-odstotno zmanjšanje mehanske trdnosti. Tg novega poliimidnega (PI) substrata lahko doseže 280 stopinj in ohrani 85 % prvotne upogibne trdnosti pri 150 stopinjah. Potem ko je vojaški proizvajalec tiskanih vezij uporabil keramično polnjen substrat PI, so njegovi izdelki neprekinjeno delovali v 200-stopinjski visokotemperaturni škatli 72 ur, z zvijanjem, nadzorovanim znotraj 0,3 mm.
2. Toplotno raztezanje kovinskih materialov
Razlika v koeficientu toplotnega raztezanja med aluminijastim substratom (CTE 23 ppm/stopinjo) in bakreno folijo (CTE 17 ppm/stopino) bo med temperaturnim ciklom povzročila obremenitev 0,02 mm/stopino. Z nanosom plasti zlitine niklja in fosforja (CTE 12ppm/stopinja) na površino aluminijaste podlage se lahko toplotna obremenitev zmanjša za 43 %. Po sprejetju te tehnologije se je življenjska doba cikla napajanja določenega modula IGBT povečala s 50000-krat na 120000-krat.
3. Inovacija sistema spajkanja
Tradicionalna spajka SnAgCu bo doživela lezenje 0,08 % pri 125 stopinjah. Spajka SnAgCuNiCe z nizkim lezenjem, ki jo je razvil Senju Metal na Japonskem, ima zmanjšanje stopnje lezenja za 76 % pri 150 stopinjah. Potem ko je proizvajalec strežnika uporabil spajko, se je čas odpovedi spajkalnih spojev BGA pri visoko-testiranju staranja podaljšal z 48 ur na 240 ur.
2, Inovacije konstrukcijskega inženiringa: Načrtovanje disperzije toplotnih napetosti
1. Tridimenzionalna arhitektura za odvajanje toplote
Tri{0}}dimenzionalna struktura za odvajanje toplote z nizom vročih prehodov in bakrenimi izboklinami lahko zniža temperaturo okoli CPE za 18 stopinj. Visoko-zmogljiva matična plošča zmanjša toplotni upor z 0,8 stopinje /W na 0,35 stopinje /W z nastavitvijo premera 0,3 mm in razmika 1,2 mm vročega niza v 8-slojnem tiskanem vezju v kombinaciji s spodnjim bakrenim stebrom.
2. Zasnova strukture za razbremenitev napetosti
Če nastavite napetostni utor v obliki črke U s širino 0,5 mm na rob tiskanega vezja, lahko zmanjšate faktor koncentracije napetosti, ki nastane zaradi temperaturnega cikla, s 3,2 na 1,8. S to zasnovo je določena avtomobilska ECU zmanjšala stopnjo pokanja spajkalnih spojev z 12 % na 2,3 % pri preskusih hladnega in vročega udarca v razponu od -40 stopinj do 125 stopinj.
3. Tehnologija prilagodljive povezave
Z uporabo FPC (fleksibilnega vezja) za povezavo glavne nadzorne plošče in napajalnega modula lahko absorbira toplotno raztezanje za več kot 3 mm. Določen fotovoltaični pretvornik nadomešča tradicionalno ožičenje s FPC, nihanje kontaktnega upora konektorja pa se zmanjša z ± 15 m Ω na ± 3 m Ω v okolju od -30 stopinj do 85 stopinj.
3, Nadgradnja proizvodnega procesa: ključni preboj v nadzoru procesa
1. Optimizacija temperaturne krivulje reflow spajkanja
S sprejetjem stopničaste ogrevalne krivulje (120 stopinj /60s → 150 stopinj /90s → 180 stopinj /40s) se lahko zvitost tiskanega vezja zmanjša z 1,2 mm na 0,4 mm. S to prilagoditvijo procesa je določena tovarna SMT povečala prepustnost PCB-jev debeline 0,8 mm z 78 % na 95 %.
2. Inovacija postopka spodnjega polnjenja
Z uporabo lepila za polnilo na dnu iz epoksi smole in opreme z natančnostjo doziranja ± 0,05 mm se lahko življenjska doba spajkalnih spojev BGA poveča za 5-krat. Ko je določen proizvajalec komunikacijske opreme uporabil ta postopek, se je način okvare izdelka med preskušanjem od -55 stopinj do 125 stopinj spremenil iz pokanja spajkalnega spoja v okvaro telesa komponente.
3. Nadgradnja tehnologije površinske obdelave
Z uporabo kemične površinske obdelave nikelj-paladij-zlato (ENIG) je debelina plasti niklja nadzorovana na 3-5 μm, plast paladija pa je 0,05-0,1 μm, kar lahko stabilizira kontaktni upor znotraj 5m Ω pri 150 stopinjah okolja. Proizvajalec konektorjev je s tem postopkom zmanjšal stopnjo okvar kontakta svojih izdelkov z 8 % na 0,3 % pri testiranju visoke temperature in visoke vlažnosti.
4, Rešitev na sistemski ravni: multidisciplinarna sodelovalna inovacija
1. Toplotna simulacija in optimizacija topologije
Z uporabo ANSYS Icepak za simulacijo sklopitve termičnega toka je mogoče natančno predvideti lokacijo vročih točk. Proizvajalec strežnika je prilagodil ožičenje na podlagi rezultatov simulacije, znižal najvišjo temperaturo tiskanega vezja s 112 stopinj na 98 stopinj in zmanjšal stopnjo okvar komponent za 62 %.
2. Izdelava podatkovne baze gradiva
Vzpostavite zbirko podatkov o toplotno mehanskih zmogljivostih, ki vsebuje 237 materialov, da dosežete samodejni izračun stopnje ujemanja CTE. Določeno vesoljsko podjetje je s tem sistemom skrajšalo čas izbire materiala z 72 ur na 8 ur in izboljšalo natančnost ujemanja na 92 %.
3. Spletni sistem spremljanja
Z uvedbo omrežja vlaken Braggovih senzorjev lahko spremljate porazdelitev napetosti PCB v realnem-času. Določen pretvornik vetrne energije uporablja ta sistem za zagotavljanje 0,5-sekundnega vnaprejšnjega opozorila v primeru nenadnih temperaturnih sprememb, s čimer prepreči nastanek večjih napak.
5, primeri iz prakse v industriji
1. Sistem BMS za nova energetska vozila
Določeno avtomobilsko podjetje sprejme kombinirano shemo PI substrata, napolnjenega s keramiko, spajke z nizkim lezenjem in zasnove napetostnih utorov, ki modulu BMS omogoča neprekinjeno delovanje 2000 ur brez napak pri 125 stopinjskem okolju, s čimer se podaljša njegova življenjska doba za 4-krat v primerjavi s tradicionalnimi shemami.
2. 5Enota AAU bazne postaje G
Integrirana rešitev vročega niza + povezave FPC + površinske obdelave ENIG je povečala gostoto moči enote AAU na 45 W/L pri 60 stopinjah okolja, kar je 30 % več kot izdelek prejšnje generacije.
3. Letalska elektronska oprema
S sprejetjem celovite rešitve tri{0}}dimenzionalne arhitekture odvajanja toplote, postopka polnjenja na dnu in spletnega nadzornega sistema lahko MTBF (povprečni čas med napakami) vgrajenih računalnikov doseže 120000 ur v okoljih od -55 stopinj do 125 stopinj, kar izpolnjuje zahteve standarda DO-160G.
