Hình 1.Trong các tổ hợp liên kết bằng dây, lớp phủ epoxy cứng sẽ áp dụng ứng suất co ngót để xử lý theo phương ngang trên các vòng dây liên kết. Ứng suất tập trung ở gót liên kết - mặt cắt ngang-yếu nhất trong dây - và sự cố xuất hiện sau nhiều chu kỳ nhiệt chứ không phải ở thử nghiệm ban đầu.
Thông số kỹ thuật yêu cầu hợp chất-rồi epoxy chống cháy. Một hệ thống mô đun-cứng, cao đã được chọn - có đặc tính tốt, được liệt kê trong danh sách UL-, Tg và độ bền điện môi được ghi lại. Đội ngũ kỹ thuật đã tự tin vào việc lựa chọn vật liệu. Sau sáu tháng kể từ khi sản xuất, lỗi liên kết dây bắt đầu xuất hiện ở các thiết bị được trả lại. Không phải tất cả các đơn vị được trả lại - khoảng 3% lô hàng từ một phạm vi ngày cụ thể. Phân tích mặt cắt ngang cho thấy các vết đứt dây liên kết ở gót chân mà không có bằng chứng về-quá dòng hoặc sốc cơ học. Việc luyện kim của dây là bình thường. Phần gắn khuôn còn nguyên vẹn. Độ bền kéo liên kết trên vật liệu đến nằm trong phạm vi thông số kỹ thuật.
Điều mà cuộc điều tra không tìm thấy - vì nó không có trong danh sách kiểm tra phân tích lỗi - là vết nứt xảy ra ở phần gót của vòng liên kết do epoxy cứng được xử lý và co lại xung quanh dây, kéo vòng theo chiều ngang khi nó co lại, tập trung ứng suất chính xác ở phần gót nơi mặt cắt ngang{2}}của dây chuyển từ liên kết FAB sang thân dây. Vật liệu không phải là nhà sản xuất sai. Đó là mô-đun sai.
Hầu hết các hư hỏng do mỏi ở mối hàn và liên kết dây trong các cụm lắp ghép được tạo ra bởi chất bao bọc chứ không phải do mối nối. Chất đóng gói áp dụng ứng suất. Việc thay đổi hình dạng của mối nối, hợp kim hoặc đường kính dây không giải quyết được nguồn ứng suất bên ngoài mối nối.
Epoxy cứng nhắc làm gì trong quá trình chữa bệnh
Khi hệ thống epoxy hai thành phần-được trộn và phân phối vào khoang chứa các linh kiện điện tử, phản ứng-liên kết ngang tạo ra chất rắn được xử lý cũng tạo ra sự co ngót thể tích. Đối với hầu hết các hệ thống bầu epoxy cứng, độ co tuyến tính nằm trong khoảng 0,2–1,0%. Nói một cách tuyệt đối, độ co tuyến tính 0,5% trên phần được xử lý 30 mm có nghĩa là độ co 150 μm. Sự co lại này bị hạn chế bởi các thành phần nhúng và các thành khoang không chuyển động. Nhựa không thể co lại tự do - nó được giữ bằng độ bám dính của nó với tất cả các bề mặt mà nó làm ướt. Kết quả là một trường ứng suất được phân bố khắp khối được xử lý, với ứng suất cực đại ở các bộ phận cứng nhất: dây dẫn thành phần, liên kết dây, góc thiết bị và giao diện bầu-với{14}}vỏ.
Trong hệ thống mô đun cứng,{0}}cao (Shore D 75–95), polyme được xử lý không thể biến dạng đáng kể để giảm ứng suất này. Trường ứng suất được thiết lập trong quá trình xử lý vẫn ở phần được xử lý dưới dạng tải-bị khóa. Mọi thành phần nhúng và mọi giao diện tiếp xúc với bầu đều chịu ứng suất tĩnh liên tục từ chất đóng gói được xử lý - trước bất kỳ tải dịch vụ nào, trước bất kỳ chu kỳ nhiệt nào, trước bất kỳ rung động nào.
Độ lớn của ứng suất này phụ thuộc vào độ co ngót, mô đun của epoxy đã lưu hóa, mô đun của chất nền và các thành phần cũng như hình dạng. Đối với các hệ thống bầu cứng điển hình trên bảng mạch có-lỗ xuyên và các thành phần SMT, ứng suất co ngót tại các bề mặt mối hàn có thể đạt tới 5–15 MPa - thấp hơn nhiều so với độ bền kéo tối đa của mối nối nhưng đủ để giảm tuổi thọ mỏi của mối nối khi kết hợp với tải trọng sử dụng.
Khuếch đại chu trình nhiệt
Chữa ứng suất co ngót là tải trọng tĩnh. Chu trình nhiệt là một tải động. Trong quá trình sử dụng, mỗi sự chênh lệch nhiệt độ so với nhiệt độ xử lý sẽ tạo ra ứng suất bổ sung ở mọi bề mặt nơi CTE của epoxy khác với CTE của vật liệu liền kề. Biên độ ứng suất trên mỗi chu kỳ phụ thuộc vào độ lệch CTE, độ lệch nhiệt độ và độ cứng của vật liệu.
Đối với nhựa epoxy cứng (CTE ~50–70 ppm/ độ dưới Tg) được liên kết với PCB FR-4 (CTE ~14–18 ppm/ độ trong-mặt phẳng, ~60–80 ppm/độ ngoài-của-mặt phẳng), khung chì bằng đồng (CTE ~17 ppm/ độ ), thân tụ gốm (CTE ~7–10 ppm/ độ ) và vỏ nhôm (CTE ~23 ppm/độ), CTE không khớp ở mỗi bề mặt sẽ tạo ra ứng suất cắt trong mỗi lần thay đổi nhiệt độ. Trong chất bao bọc cứng, ứng suất cắt này không thể được giảm bớt do biến dạng của chất bao bọc - nó được truyền đến bề mặt yếu nhất trong đường dẫn tải.
Giao diện yếu nhất phụ thuộc vào hình dạng lắp ráp. Trong mô-đun liên kết bằng dây-, nó thường là gót liên kết hoặc liên kết thứ hai (liên kết nêm). Trong các tổ hợp SMT có chiều cao-nhỏ, đó là mối hàn ở góc-hầu hết các vị trí thành phần, nơi độ lệch tâm so với điểm trung tính là cao nhất. Trong các cụm cuộn dây hoặc máy biến áp có vật liệu kim loại hỗn hợp, giao diện epoxy-với-vỏ trong đó CTE không khớp giữa phần đệm, dây và vỏ tạo ra lực cắt cao nhất.
Tác động kết hợp của ứng suất tĩnh tĩnh do co ngót cộng với ứng suất nhiệt tuần hoàn quyết định tuổi thọ mỏi của khớp. Thuật ngữ ứng suất co rút khi xử lý làm tăng mức ứng suất trung bình. Thuật ngữ chu kỳ nhiệt cung cấp biên độ tuần hoàn. Cả hai đều góp phần tạo ra vết nứt; tốc độ lan truyền vết nứt phụ thuộc vào cả hai điều khoản.
Tại sao dòng thời gian thất bại lại gây ra sự xác định sai
Lỗi truyền ứng suất-do lớp sơn epoxy cứng gây ra không xuất hiện ngay sau khi xử lý. Số chu kỳ bắt đầu vết nứt phụ thuộc vào biên độ ứng suất tổng hợp, là một hàm số của hình học và vật liệu. Trong các tổ hợp điển hình, hư hỏng xuất hiện sau 100–500 chu kỳ nhiệt khi vận hành hoặc sau vài tháng đến một năm tiếp xúc với rung động liên tục. Dòng thời gian này gây ra sự xác định sai nhất quán:
Ở lần thử nghiệm đầu tiên- bộ phận lắp ráp đã vượt qua tất cả các cuộc kiểm tra về điện,-nồi cao áp và kiểm tra trực quan. Có tồn tại ứng suất co ngót khi xử lý nhưng dưới ngưỡng bắt đầu vết nứt. Không có lỗi được phát hiện.
Lúc đầu sử dụng tại hiện trường- tổ hợp hoạt động bình thường. Chu trình nhiệt tích lũy chưa đạt đến ngưỡng bắt đầu vết nứt. Không có lỗi được phát hiện.
Sau 3–12 tháng làm việc- lỗi bắt đầu xuất hiện. Việc điều tra tập trung vào bộ phận hoặc mối nối bị hỏng chứ không phải vào chất bao bọc. Độ bền kéo của liên kết dây trên các thiết bị được trả lại có thể đáp ứng thông số kỹ thuật đến vì các dây không bị hỏng vẫn còn nguyên vẹn - tổng số thống kê của các dây bị hỏng đã có trong các thiết bị bị hỏng.
Trong quá trình phân tích lỗi- mặt cắt ngang-cho thấy vết nứt ở phần gót liên kết hoặc giao diện mối hàn. Cuộc điều tra cho rằng điều này là do sự mỏi trong luyện kim, chính xác về mặt kỹ thuật - sự lan truyền vết nứt do mỏi là dạng hư hỏng cuối cùng - nhưng bỏ qua nguyên nhân cốt lõi: biên độ ứng suất tăng cao từ chất bao bọc cứng.
Việc xác định nguyên nhân gốc rễ chính xác đòi hỏi phải so sánh tỷ lệ hư hỏng và mô hình vị trí vết nứt với những gì có thể mong đợi từ trường ứng suất được tính toán trong hình dạng chậu. Các vết nứt bắt đầu tại các vị trí ứng suất cao-có thể dự đoán được (gót liên kết trong mô-đun liên kết dây-, các thành phần góc trong mảng SMT, lối thoát chì trong cuộn dây trong chậu) phân bố đồng đều trên toàn bộ quần thể - thay vì ngẫu nhiên tại các vị trí ngẫu nhiên - phù hợp với nguồn ứng suất có hệ thống trong chất bao bọc.
Thật là một công cụ đóng gói mô-đun-thấp có tác dụng khác biệt
Epoxy bán{0}}linh hoạt với Shore A 80–90 và độ giãn dài khoảng 140% đáp ứng việc xử lý hiện tượng co ngót và ứng suất chu trình nhiệt bằng cách biến dạng, thay vì truyền ứng suất sang các bộ phận nhúng. Mô đun của vật liệu Shore A 80 thấp hơn Shore D khoảng hai bậc độ lớn 80 - giống như cách mà dây cao su và thanh thép phản ứng khác nhau trước cùng một lực tác dụng. Dây cao su biến dạng. Thanh thép truyền lực.
Khi một-mô đun đóng gói thấp đóng rắn và co lại, nó không thể tạo ra ứng suất cao tại các bề mặt được nhúng vì độ cứng của nó không đủ để duy trì trường ứng suất lớn. Sự co ngót xảy ra, nhưng nhựa biến dạng để thích ứng với nó thay vì truyền tải trọng co lại đến các bộ phận lân cận. Trạng thái ứng suất dư ở phần được bảo dưỡng thấp hơn đáng kể so với trong một hệ thống cứng có cùng tỷ lệ co ngót.
Trong quá trình luân nhiệt, hệ thống mô đun{0}}thấp biến dạng để điều chỉnh chuyển động CTE khác nhau giữa epoxy và vật liệu nhúng. Ứng suất cắt tại bề mặt phân cách giảm do chất bao bọc di chuyển cùng với chất nền thay vì chống lại nó. Sự không khớp CTE vẫn tồn tại - vật liệu không thay đổi - nhưng ứng suất do sự không khớp này được hấp thụ bởi sự biến dạng của chất bao bọc thay vì truyền đến khớp.
Đây là cơ sở kỹ thuật để xác định một hệ thống bán linh hoạt. Không phải là hệ thống bán linh hoạt làm cho việc lắp ráp trở nên mạnh mẽ hơn. Đó là hệ thống bán-linh hoạt sẽ loại bỏ chất đóng gói như một nguồn gây ứng suất, cho phép tổ hợp hoạt động trong các điều kiện tải được thiết kế mà không cần tải bổ sung từ hợp chất bầu.
Hình 2.Epoxy cứng không thể biến dạng để thích ứng với sự co ngót khi xử lý - ứng suất được truyền đến bề mặt yếu nhất trong đường dẫn tải. Thay vào đó, một hệ thống bán linh hoạt có độ giãn dài ~140% sẽ biến dạng, loại bỏ chất bao bọc làm nguồn ứng suất mà không làm thay đổi hình dạng của mối nối.
Sự đánh đổi-của mô đun thấp: Điều bán-linh hoạt không thể làm được
Các đặc tính làm cho hệ thống bán linh hoạt có hiệu quả trong việc giảm căng thẳng cũng chính là các đặc tính khiến hệ thống này không phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ cứng cơ học, hỗ trợ cấu trúc hoặc hiệu suất nhiệt quá cao:
Độ ổn định kích thước dưới tải trọng cơ học duy trì.Shore A 80–90 sẽ bị rão dưới tác dụng của tải trọng cắt hoặc nén kéo dài. Nếu cụm chậu bị hạn chế về mặt cơ học bởi một chốt-bấm ép, giá đỡ-giữ xuống tạo ra lực duy trì hoặc một đầu nối truyền lực chèn vào khu vực chậu thì ma trận bán-linh hoạt sẽ biến dạng theo thời gian. Cần có loại epoxy cứng cho các ứng dụng chịu tải.
Độ dẫn nhiệt.Các hệ thống bán{0}}linh hoạt có độ dẫn nhiệt trong phạm vi tương tự như các hợp chất bầu cứng tiêu chuẩn - thường là 0,5–0,7 W/m·K. Nếu thiết kế yêu cầu lớp bầu dẫn nhiệt từ bộ phận tản nhiệt-đến bề mặt làm mát thì hệ thống bán-linh hoạt ở mức độ dẫn điện này sẽ không mang lại sự cải thiện nhiệt đáng kể. Cần có một hệ thống cứng dẫn nhiệt (1,0–1,5 W/m·K).
Hoạt động của phần dày-.Đặc tính kéo dài giúp hệ thống bán linh hoạt trở nên hữu ích trong việc giảm căng thẳng đi kèm với khả năng sinh nhiệt cao hơn trên một đơn vị thể tích ở tâm của lớp đổ dày, vì mức chất xúc tác cao hơn cần thiết để xử lý ở nhiệt độ phòng-tạo ra phản ứng nhanh hơn. Đổ khối lượng lớn vào các phần sâu có thể tạo ra nhiệt lượng tỏa nhiệt đủ để gây ra tình trạng quá nhiệt cục bộ. Độ dày mặt cắt và khối lượng đổ phải được xác nhận trước khi sản xuất.
Leo ở nhiệt độ dịch vụ trên.Hệ thống Shore A 80–90 hoạt động gần giới hạn nhiệt độ sử dụng trên (100 độ đối với hệ thống bán linh hoạt điển hình) sẽ có tốc độ rão cao hơn hệ thống cứng ở cùng nhiệt độ. Các ứng dụng yêu cầu độ chính xác về kích thước khi chịu tải nhiệt phải sử dụng hệ thống Tg cứng và cao-.
Điều kiện ứng dụng trong đó mô đun đóng gói là tiêu chí lựa chọn quản lý
Các điều kiện lắp ráp sau đây chỉ ra rằng cơ chế truyền ứng suất-là nguy cơ hỏng hóc chi phối và mô đun đóng gói - thay vì độ bền điện môi, độ dẫn nhiệt hoặc Tg - sẽ quyết định việc lựa chọn vật liệu:
Mô-đun liên kết dây-(dây vàng hoặc đồng, liên kết bi hoặc nêm) được đặt trong một hợp chất bầu cứng, hoạt động trong chu trình nhiệt hoặc rung.
Các tổ hợp SMT có bước -mịn (bước 0,5 mm hoặc mịn hơn) với nhiều loại thành phần có các thụ động gốm CTE -, gói polyme và cuộn cảm-thân kim loại khác nhau trong cùng một khu vực trong chậu.
PCB có các phần mỏng, không được hỗ trợ hoặc các chất nền dẻo được bao bọc trong lớp vỏ cứng - sự chênh lệch về độ cứng giữa lớp nền và lớp vỏ tạo ra ứng suất bề mặt cao trong quá trình xử lý.
Các cụm lõi ferit (máy biến áp, cuộn cảm, cuộn cảm chế độ- chung) trong đó phần thân ferit CTE (~10 ppm/ độ ) khác biệt đáng kể so với CTE epoxy xung quanh (~50–70 ppm/ độ ).
Lắp ráp trong môi trường rung động liên tục (ô tô, động cơ công nghiệp, thiết bị ngoài trời) trong đó tải tuần hoàn tích lũy là nguyên nhân gây hư hỏng chủ yếu.
Bất kỳ cụm lắp ráp nào mà lịch sử hư hỏng trước đó cho thấy vết nứt, hở không liên tục hoặc tách lớp tương quan với số chu kỳ nhiệt hơn là với sự kiện quá ứng suất cụ thể.
Lựa chọn mô đun như một quyết định thiết kế, không phải mặc định
Quy trình lựa chọn tiêu chuẩn cho các hợp chất phủ epoxy trong hầu hết quy trình mua sắm B2B bắt đầu bằng chỉ số ngọn lửa (UL 94 V-0), chuyển sang độ bền điện môi, sau đó đánh giá lịch xử lý và Tg. Mô đun và độ giãn dài thường được liệt kê cuối cùng trong TDS và hiếm khi được chú trọng nhiều trong lựa chọn ban đầu. Thứ tự này phản ánh trình tự các yêu cầu tuân thủ - định mức ngọn lửa là bắt buộc về mặt pháp lý, độ bền điện môi có thể đo được, mô đun không có trong hầu hết các tiêu chuẩn thiết bị.
Hậu quả là các tổ hợp có cấu trúc nhạy cảm về mặt cơ học thường xuyên được chứa các hợp chất mô đun cao,-cứng vì không có cổng lựa chọn nào đặt ra câu hỏi về mô đun. Thông số kỹ thuật đã vượt qua quá trình xem xét tuân thủ. Sự thất bại xuất hiện trong lĩnh vực này. Cuộc điều tra không quay trở lại quá trình lựa chọn.
Cách tiếp cận đúng là thêm phân tích ứng suất cơ học vào giai đoạn thiết kế ban đầu - trước khi thực hiện lựa chọn hỗn hợp bầu. Câu hỏi "chất đóng gói này áp dụng những áp lực gì cho việc lắp ráp trong quá trình bảo dưỡng và bảo dưỡng?" phải được trả lời trước khi chỉ định tài liệu, không phải sau khi trường đầu tiên trả về.
Điều này đòi hỏi phải biết độ co gần đúng của hợp chất ứng cử viên, mô đun của hệ thống được xử lý, CTE của chất nền và các thành phần cũng như hình dạng của phần trong chậu. Không có điều nào trong số này yêu cầu phân tích phần tử hữu hạn - ước tính thứ tự-đầu tiên từ các đặc tính và hình học của vật liệu là đủ để xác định xem liệu sự truyền ứng suất có phải là một cơ chế hư hỏng chi phối hay không trước khi việc lựa chọn vật liệu được hoàn tất.
Sản phẩm liên quan dành cho căng thẳng-Bắp lắp ráp nhạy cảm
E759/H759 là hợp chất làm bầu epoxy bán{3}}hai thành phần, linh hoạt với Shore A 80–90 và độ giãn dài khoảng 140% khi đứt. Nó được chứng nhận UL 94 V{25}}0 theo Tệp UL E120665 ở độ dày tối thiểu 1,58–1,74 mm. Phạm vi nhiệt độ sử dụng là –30 độ đến +100 độ . Tỷ lệ trộn là 100:30 theo khối lượng; thời gian sống khoảng 60 phút đối với khối lượng 60 g ở 25 độ. Chữa bệnh bằng nhiệt độ phòng (7 ngày ở 25 độ ) hoặc tăng tốc nhiệt (50–60 độ × 2 giờ + 80 độ × 2 giờ).
Phương pháp này phù hợp khi rủi ro chủ yếu là sự truyền ứng suất cơ học - mỏi liên kết dây, nứt mối hàn, tách lớp không khớp CTE-hoặc gãy xương do rung- gây ra. Nó không thích hợp cho các kết cấu khung chịu tải, quản lý nhiệt từ thông-nhiệt-cao hoặc các cụm lắp ráp yêu cầu độ cứng Shore D để có dung sai kích thước. Lựa chọn phải được xác nhận trên các mẫu đại diện theo cấu hình chu trình nhiệt thực tế của ứng dụng.
→ 🔗E759/H759 Trang sản phẩm - Dữ liệu kỹ thuật, Chứng nhận UL, Ghi chú ứng dụng
Các câu hỏi kỹ thuật chính
Làm cách nào để ước tính liệu sự chuyển giao ứng suất có xảy ra trong tổ hợp hiện tại của tôi hay không?
Ước tính-thứ tự đầu tiên có thể được thực hiện từ độ co ngót của hợp chất bầu (từ TDS, thường được liệt kê dưới dạng % độ co tuyến tính), mô đun của hệ thống được xử lý (tương quan với Shore D - Shore D 80 tương ứng với mô đun kéo khoảng 1.500–2.500 MPa) và hình dạng của phần trong chậu. Ứng suất tại bề mặt nhúng cứng xấp xỉ E × ε, trong đó E là mô đun epoxy và ε là biến dạng co ngót bị ràng buộc. Nếu giá trị thu được là một phần đáng kể của giới hạn mỏi của mối hàn hoặc liên kết dây thì có khả năng xảy ra sự truyền ứng suất. Đây là hình học - ước tính sơ bộ và chi tiết đường dẫn tải ảnh hưởng đáng kể đến ứng suất thực tế - nhưng nó xác định liệu cơ chế có đảm bảo phân tích chi tiết hoặc xác thực thử nghiệm trước khi hoàn tất việc lựa chọn vật liệu hay không.
Nếu tổ hợp hiện đang sử dụng epoxy cứng và có lịch sử hư hỏng tại hiện trường liên quan đến sự truyền ứng suất thì trình tự đánh giá chính xác cho giải pháp thay thế bán linh hoạt là gì?
Bắt đầu bằng cách xác nhận cơ chế lỗi thông qua phân tích mặt cắt-của các đơn vị được trả về - vị trí bắt đầu vết nứt, đường lan truyền vết nứt và mối tương quan với số chu kỳ nhiệt. Sau đó, tạo ra các mẫu thử nghiệm của tổ hợp thực tế với ứng cử viên bán -linh hoạt có cùng hình dạng và lịch xử lý, đồng thời chạy chu kỳ nhiệt tăng tốc đến số chu kỳ bao trùm cùng phạm vi hư hỏng được quan sát tại hiện trường (thường là 2–5× số chu kỳ trong đó lỗi hiện trường xuất hiện lần đầu tiên). So sánh tỷ lệ hư hỏng và vị trí bắt đầu vết nứt giữa mẫu cứng và mẫu bán mềm. Quá trình này mất 4–8 tuần tùy thuộc vào tính sẵn có của thiết bị chu trình nhiệt, nhưng đây là cơ sở đáng tin cậy duy nhất cho quyết định thay đổi vật liệu. Chỉ so sánh bảng dữ liệu không dự đoán được hành vi dịch vụ đối với cơ chế lỗi này.
Hệ thống-mô-đun thấp hơn có bảo vệ môi trường kém hơn hệ thống cứng nhắc không?
Hệ thống bán{0}}linh hoạt tại Shore A 80–90 vẫn duy trì chức năng bảo vệ môi trường - nó bịt kín tổ hợp chống lại sự xâm nhập của hơi ẩm, cung cấp khả năng cách điện và đáp ứng hiệu suất ngọn lửa UL 94 V{7}}0. Những gì nó không cung cấp là độ cứng cơ học - nó sẽ biến dạng dưới tải trọng nén kéo dài. Để bảo vệ môi trường trong các ứng dụng không{10}}chịu tải{14}}, Shore A 80–90 là đủ. Sự so sánh quan trọng là liệu việc giảm mô đun từ Bờ D xuống Bờ A có phù hợp với tải trọng cơ học cụ thể mà tổ hợp sẽ thấy khi vận hành hay không, chứ không phải liệu hệ thống bán linh hoạt có cung cấp "ít bảo vệ hơn" theo nghĩa trừu tượng hay không.
Các bước tiếp theo - Liên hệ với Fong Yong Chemical
Thảo luận kỹ thuật - dụng
