一, Реконструкція матеріальної системи: революційне застосування термостійкої підкладки
1. Оптимізація фізичних властивостей субстрату з високим Tg
Традиційні матеріали FR-4 руйнуються при температурі склування (Tg) при 130 градусах, що призводить до зниження механічної міцності на 62%. Tg нової поліімідної (PI) підкладки може досягати 280 градусів і зберігати 85% від початкової міцності на вигин при 150 градусах. Після того, як виробник друкованих плат військового класу використовував підкладку PI з керамічним наповненням, його продукти безперервно працювали в камері з високою температурою 200 градусів протягом 72 годин, деформація контролювалася в межах 0,3 мм.
2. Теплове розширення металевих матеріалів
Різниця в коефіцієнті теплового розширення між алюмінієвою підкладкою (КТР 23 ppm/градус) і мідною фольгою (КТР 17 ppm/градус) призведе до напруги 0,02 мм/градус під час зміни температури. Нанесення на поверхню алюмінієвої підкладки шару нікелево-фосфорного сплаву (КТР 12 ppm/градус) дозволяє зменшити термічну напругу на 43%. Після впровадження цієї технології термін служби певного модуля IGBT збільшився з 50 000 разів до 120 000 разів.
3. Інноваційна система припою
Традиційний припій SnAgCu зазнає деформації повзучості 0,08% при 125 градусах. Припій з низькою повзучістю SnAgCuNiCe, розроблений компанією Senju Metal в Японії, має зниження швидкості повзучості на 76% при 150 градусах. Після того, як виробник серверів застосував припій, час виходу з ладу паяних з’єднань BGA під час випробувань на старіння при високій-температурі збільшився з 48 годин до 240 годин.
2, Інновації в структурному проектуванні: дизайн дисперсії термічного напруження
1. Тривимірна архітектура розсіювання тепла
Тривимірна структура розсіювання тепла за допомогою масиву гарячих переходів і мідних виступів стовпів може знизити температуру навколо ЦП на 18 градусів. Високопродуктивна материнська плата зменшує термічний опір із 0,8 градуса/Вт до 0,35 градуса/Вт, встановлюючи діаметр 0,3 мм і відстань 1,2 мм у масиві гарячих каналів у 8-шаровій друкованій платі в поєднанні з нижньою мідною опорою.
2. Проектування конструкції для зняття напруги
Встановлення U--подібної канавки шириною 0,5 мм на краю друкованої плати може зменшити коефіцієнт концентрації напруги, створюваний зміною температури, з 3,2 до 1,8. Завдяки такій конструкції певний автомобільний ЕБУ зменшив швидкість розтріскування паяних з’єднань з 12% до 2,3% під час випробувань на холодний і гарячий удар у діапазоні від -40 градусів до 125 градусів.
3. Технологія гнучкого підключення
Використовуючи FPC (гнучку друковану плату) для з’єднання основної плати керування та модуля живлення, він може поглинати теплове розширення понад 3 мм. Певний фотоелектричний інвертор замінює традиційну проводку на FPC, і коливання контактного опору роз’єму зменшується з ± 15 м Ом до ± 3 м Ом у середовищі від -30 градусів до 85 градусів.
3, Оновлення виробничого процесу: ключовий прорив у контролі процесу
1. Оптимізація температурної кривої паяння оплавленням
Використовуючи ступінчасту криву нагрівання (120 градусів /60 с → 150 градусів /90 с → 180 градусів /40 с), викривлення друкованої плати можна зменшити з 1,2 мм до 0,4 мм. Завдяки цьому налагодженню процесу певна фабрика SMT збільшила швидкість проходження друкованих плат товщиною 0,8 мм з 78% до 95%.
2. Інноваційний процес нижнього наповнення
Використовуючи епоксидну смолу для заповнення нижнього клею та обладнання з точністю дозування ± 0,05 мм, термін служби паяних з’єднань BGA можна збільшити в 5 разів. Після того, як певний виробник комунікаційного обладнання застосував цей процес, режим відмови продукту під час тестування від -55 градусів до 125 градусів змінився від розтріскування паяного з’єднання до відмови корпусу компонента.
3. Оновлення технології обробки поверхні
Використовуючи хімічну обробку поверхні нікелевим паладієвим золотом (ENIG), товщина шару нікелю контролюється на рівні 3-5 мкм, а шару паладію становить 0,05-0,1 мкм, що може стабілізувати контактний опір у межах 5 м Ом при температурі навколишнього середовища 150 градусів. Виробник роз’ємів за допомогою цього процесу зменшив відсоток виходу з ладу контактів своїх продуктів з 8% до 0,3% під час тестування при високій температурі та високій вологості.
4, Рішення на системному рівні: мультидисциплінарна спільна інновація
1. Теплове моделювання та оптимізація топології
Використовуючи ANSYS Icepak для моделювання зв’язку теплового потоку, можна точно передбачити розташування гарячих точок. Виробник серверів налаштував електропроводку на основі результатів моделювання, знизивши максимальну температуру друкованої плати зі 112 градусів до 98 градусів і зменшивши частоту відмов компонентів на 62%.
2. Побудова бази даних матеріалів
Створіть базу даних про тепломеханічні характеристики, що містить 237 матеріалів, щоб досягти автоматичного розрахунку ступеня відповідності КТР. Певна аерокосмічна компанія за допомогою цієї системи скоротила час вибору матеріалу з 72 годин до 8 годин і підвищила точність відповідності до 92%.
3. Система онлайн моніторингу
Розгортання оптоволоконної мережі датчиків Брегга може відстежувати розподіл деформації друкованих плат у реальному-часі. Певний перетворювач енергії вітру використовує цю систему для надання попередження за 0,5 секунди у разі різких змін температури, щоб уникнути серйозних несправностей.
5, Практичні випадки промисловості
1. Система BMS для автомобілів на новій енергії
Певна автомобільна компанія застосовує комбіновану схему підкладки PI з керамічним наповненням, припою з низькою повзучістю та дизайну канавки напруги, що дозволяє модулю BMS безперервно працювати протягом 2000 годин без збоїв при температурі 125 градусів, збільшуючи термін його служби в 4 рази порівняно з традиційними схемами.
2. 5Блок AAU базової станції G
Інтегроване рішення гарячої матриці + з'єднання FPC + обробка поверхні ENIG збільшило щільність потужності блоку AAU до 45 Вт/л при температурі 60 градусів, що на 30% вище, ніж продукт попереднього покоління.
3. Авіаційне електронне обладнання
Завдяки комплексному розв’язанню тривимірної архітектури розсіювання тепла, процесу заповнення знизу та системи онлайн-моніторингу MTBF (середній час напрацювання між відмовами) бортових комп’ютерів може досягати 120 000 годин у середовищах від -55 градусів до 125 градусів, що відповідає вимогам стандарту DO-160G.
