التخلف في مجالس الدوائر الإلكترونية بسبب صناعة السيكل الحراري

2 - إزالة الألغام المضادة للأفراد

وتتألف مجالس الدوائر المطبوعة المتعددة الطوابق من طبقات متناوبة من رغاوي النحاس وبطانة الديكل )مثلاً، FR-4، وبوليميد، أو راتنج BT( وتحتوي المواد الغذائية على درجة حرارة أعلى من النحاس، ولا سيما في الاتجاه )الواقعي( الذي يمتد تحت التقلب الحراري، وتولد الإجهادات الجانبية والعقود أكثر من الوقت الذي يُعرف فيه.

وتعطل عملية التطهير سلامة الإشارة عن طريق تغيير الارتحال ويمكن أن تكسر الثقوب عبر الثقوب أو تسبب دوائر قصيرة إذا رفعت أراضي النحاس، وهي مشكلة خاصة في اللوحات ذات النسب العالية واللوحات السميكة، أما معيار التكييف بين البلدان النامية والبلدان النامية غير الساحلية فيمكن أن يشمل اختبارات محددة لفقد الإجهاد الحراري، مع عدم كفاية التلويث.

ويؤدي اختيار المواد دوراً رئيسياً، إذ إن اللغائات القائمة على البوليميد تقل درجة حرارة الانتقال من الطائرة إلى خارج الطائرة، ودرجة الحرارة العالية للزجاج أعلى من المستوى القياسي لثاني أكسيد الكربون، مما يجعلها أكثر مقاومة للانحراف في البيئات القاسية، وقد يكون من الضروري بالنسبة للتدوير الحراري الشديد، المواد المتقدمة مثل المركّبات الخزفية الهيدروكربونية أو اللوحات التي تستخدمها قوة تثبيت الانبعاثات.

3 - العنصر Fatigue and Lead Breakage

ويمكن أن تؤدي عناصر الجبال السطحية، ولا سيما مركبات البوليسترين الكبيرة، وأجهزة التردد العالي، والكابرات السهرية، إلى زيادة درجة الحرارة في عدد أعضاء المجلس، والالتفافات أثناء تغيرات درجة الحرارة، وقد تسمح هذه المركبات باستخدام المضغوطة المتعددة الأطياف في القاع، والخطأ بين الجسم الخزفي (CTE) الذي يُعد 10-12 جزء من المليون/سدسة المضغوطة (CTE MP)

كما تعاني العناصر من خلال الثقوب التي تحمل أدلة، ويمكن أن تؤدي خيوط النحاس أو أرجل الموصولات والمعادن إلى العمل في غرفة محصولة أو بغية بعد دورات متكررة، ويزداد الخطر عندما تكون المادة الرائدة ذات درجة حرارة مكافئة مختلفة من اللوحة، أو عندما يكون العنصر ثقيلاً وغير مدعوم بالقدر الكافي، وفي الإلكترونيات الآلية، حيث يمكن أن تتحول درجات الحرارة تحت الغطاء الحرجي من 40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية، مما يجعل عنصر العودة أمراً رائداً.

4 - صفحة المجلس ورسمه

فالدورات الحرارية تؤدي إلى توسع مختلف ليس فقط بين المواد الفردية بل أيضا على سطح اللوحة، وإذا كان أحد جانبي اللوحة يسخن أو يبرد أسرع من الآخر، أو إذا كان هناك توزيعات غير متماثلة للنحاس، يمكن للمجلس أن يُندفع (الطوارئ أو يلتوي) وقد تسبب التوترات المباعة في رفع أو تضليل مكوناتها، وقد تؤدي إلى فقدان العيوب في حالة الاز الدوار الدائمة.

ويتفاقم الانذار بسبب وجود مجالس نحيفة، وحجم كبير من الألواح، وصبب نحاس غير متوازن، وكثيرا ما تقاس صفحة الحرب، أثناء اختبار التقلب الحراري، بأنها وظيفة من وظائف درجات الحرارة باستخدام تقنيات التآكل في الظل أو الصور الرقمية.

5- التصويب والهجرة الكيمائية

وقد تؤدي دورات التكثيف والتبخر المكررة، لا سيما إذا فشلت المعاطف المطابقة، إلى إدخال الرطوبة إلى السطح المعدني المكشوف، كما أن ملوثات الكلور والكبريت من البيئة أو مخلفات التصنيع يمكن أن تقترن بالرطوبة لإيجاد حلول دوائية مسببة للصدمات الكهربائية.

ويمكن للتدوير الحراري أيضا أن يعجل التآكل الجاف في مقاطع الفلزات المتفرقة، مثل قطع النحاس مع الخلل الذهبي النيكل الكهربي، ويمكن للتوسع والانكماش المتكررين أن يكسرا طبقة الذهب، ويعرضا النيكل إلى عوامل مسببة للتآكل، ويزيد هذا التآكل من مقاومة الاتصال وقد يخلق في نهاية المطاف أحواض مفتوحة.

العوامل التي تؤثر على الفشل الحراري

ولا تفشل جميع مجالس الدوائر بنفس المعدل، إذ تتوقف شدة الضرر الناجم عن التدوير الحراري على الممتلكات المادية، ونوعية البيع، وخيارات التصميم، وبيئة التشغيل، ويمكِّن فهم هذه العوامل المهندسين من التنبؤ بالعمر وتنفيذ تحسينات محددة الهدف.

Properties and CTE Mismatch

والعامل الوحيد الأكثر أهمية هو الفرق في معامل التوسع الحراري بين المواد في التجمع، وتبلغ نسبة الوفيات التي تصيب السيليكون 2.6 في المائة/س، في حين أن مجلسا نموذجيا من نوع FR-4 له قيمة مكافئة تتراوح بين 14 و17 في المليون/س، ودرجة حرارة مكافئة تتراوح بين 50 و70 في المليون/س، وله قيم في درجة حرارة كل ستة وخمسين في 21 و25 في المائة.

ويمكن أن تؤدي المواد الفرعية ذات الصبغة المصغرة، مثل البوليمر الخزفي أو البوليمر السائل، إلى الحد من سوء المطابقة مع مكونات السيليكون، غير أن هذه المواد أكثر تكلفة وقد تكون لها مبادلات أخرى، كما يمكن استخدام السائلين والملفات لتوزيع الإجهاد وزيادة الحياة البدينة.

نوعية الجنود وتكوينهم

كما أن عمليات التصويب وعدم كفاية الرطب والتدفق غير الصحيح تؤدي إلى خفض القوة المشتركة للمبيعات، وتعمل الفراغات الكبيرة كمواقع لفتح الشقوق، كما أن تركيبة السبيكة هي: SAC305 أصعب وأكثر مقاومة للعضلة من حيث أن أداء البسكويت النسوي البدائي القديم (Sn63Pb37) في درجة حرارة الغرفة، ولكن في درجات الحرارة العالية تظهر في السبيكة بسرعة وأقل.

تصميم الهندسة الجيولوجية والعيون

وتعاني مفاصل الجنود في زوايا الرزمة من أكثر الضغوط إجهادا لأن اللوحة والحزمة تتوسعان بشكل مشعاعي من المركز، وتستخدم تقنيات تخفيف الضغط في الزوايا، مثل جعل الرواسب أكبر أو باستخدام أنماط كرات متداخلة، وتنشر الحمولة المحلية، كما أن وجود عناصر حرارة متاخمة يمكن أن يخلق آثارا غير متغيرة.

مقاييس تشغيل البيئة ومركبات المركبات

فالإخفاقات تتسارع مع ارتفاع درجات الحرارة، وقصر فترات الطول، وارتفاع معدلات السطوح، وعلى سبيل المثال، فإن التصميم الذي ينجو من 000 1 دورة من درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية قد لا يفشل إلا في أقل من 200 دورة عندما يختبر من 5.5 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية مع ارتفاع 15 درجة مئوية/دقيقة، بالإضافة إلى أن عدد الدورات في اليوم في مسائل الاستخدام الحقيقي: قد يبلغ عدد المركبات في دورة المحرك الأوتوماتيكي مئات السنين.

استراتيجيات التخفيف من آثار الارتحال الحراري

وبفهم آليات الفشل، يمكن للمهندسين اتخاذ خطوات مدروسة للحد من المخاطر، ولا يوجد حل واحد يعمل على جميع التطبيقات؛ ويستلزم الأمر عادة الجمع بين التحسينات المادية والتصميمية والتحسينات في العمليات، ويتضح أن الاستراتيجيات التي تنظمها الفئات.

اختيار المواد

ويضاهي اختيار ثنائي الفينيل متعدد الكلور قيمه التي تضاهيها بدقة المكونات، وبالنسبة لتطبيقات الاعتماد العالية، النظر في تعدد المقاييس (CTE TRADE) الذي يُعد 12-14 جزء من المليون/س في الخطة) أو ارتفاع مستوى التركيز المميت في FR-4 مع توسّع منخفض خارج نطاق الخطة، وبالنسبة لمصفوفات شبكات الكرة، تستخدم صيغة فرعية مع غرامة منخفضة من ملامح CTE في نظام سيليكون (G).

ويمكن تطبيق المواد الناقصة الملاءمة بين العنصر والطعام لاستيعاب السلالة وتوزيع الإجهاد، كما أن العبادة تحت المصب شائعة بالنسبة لشركات دعم البرامجيات وهيئات دعم البرامج، بينما تستخدم المدافن الناقصة في مجموعات من مستويات الشوائب، ويمكن أن يضاعف الاختزال الحياة المشتركة بمعامل 10 أو أكثر، ولكنه يضيف تكلفة التصنيع وتعقيده.

التصميم الأمثل

(أ) قياسات نوعية الرواسب: بالنسبة لجرعات الغازات المحتوية على القناع المباع، بدلاً من أغطية القناع غير المصفّح، حيث أن لوابات الدي دي SMD منطقة أكبر من حيث الإجهاد، وتقليص بدء الشقوق، وزيادة الرمية ومقياس الجموع إلى انخفاض تركيزات الإجهاد، وتفادي فراغات كبيرة في الطائرات الأرضية التي يمكن أن تخلق طبقة حرارة حرارية.

:: إدراج خصائص تخفيف الإجهاد مثل الثقوب الملوَّثة أو المثبطات المرنة بالقرب من المكونات الكبيرة، وبالنسبة للوصلات عبر الثقوب، تستخدم أدلة متوافقة يمكن أن تنحنى في ظل التوسع الحراري، وينبغي أن تكون أكياس المجلس متماثلة للتقليل إلى أدنى حد من صفحة الحرب.

حل أفضل الممارسات

:: الاستثمار في فرن إعادة تدفق متحكم به جيدا مع التنميط الدقيق، وضمان درجة الحرارة القصوى والوقت فوق السوائل في إطار توصيات مصنع العجينات المباع، واستخدام الغلاف الجوي النيتروجيني للحد من الأكسدة وتحسين الرطب، وتوفير الخيزران قبل التدفق لإزالة الرطوبة من اللوحات والعناصر، ومنع الإفشارات البوبية، وإلغاءاتباع، وتنفيذ تنظيف اللوحات لإزالة مخلفات الفلور التي يمكن أن تتآكلها عبر الزمن.

وبالنسبة للبيع بدون الرصاص، يولى اهتمام خاص لمعدل التبريد - فالتبريد البطيء يشجع على زيادة الحبوب والزجاجات الأضعف، في حين أن التبريد السريع يمكن أن يسبب التشقق، وينبغي التحقق من تركيبة السبيكة بتحليل نموذج الإبلاغ الموحد لضمان عدم التلوث.

الضوابط البيئية والدعم الميكانيكي

وفي منتج الاستخدام النهائي، يستخدم المعاطف المطابقة للحماية من الرطوبة والغبار والغازات التآكل، ويقلل التغليف المطبق جيداً (مثل الأكريكلي أو السيليكون أو الباريلين) من التآكل ومركبات التكتل الحراري إذا كان التدوير الحراري شديد، وينظر في استخدام جميع مواد التوزيع الحراري المنخفضة الحدة التي توفر الدعم الميكانيكي.

ويمكن للتبريد القسري أن يقلل من ارتفاع درجات الحرارة، وفي الأجهزة الإلكترونية ذات الطاقة العالية، فإن المصاريف الحرارية، أو المراوح، أو التبريد السائلي، تحافظ على درجة حرارة أكثر استمرارا، مما يقلل من عدد دورات التضليل، وبالمثل، يمكن أن يؤدي إلى تقليل الكتلة الحرارية وعزل المكونات الحساسة من مصادر الحرارة إلى إطالة العمر.

الاختبار والتقييم

وفي مرحلة التصميم، استخدم تحليل العناصر المحددة لتحفيز الإجهاد الحراري وتحديد المناطق المعرضة للخطر قبل وضع نماذج أولية، مع تقييم اختبارات التدوير الحراري المعجلة لكل من IPC-9701 أو JESD22-A104، وإجراء اختبارات إضافية على امتداد سلسلة التصدعات (مثلاً، مقاومة الدايزي - سلاسل) طوال اختبار كشف الإخفاقات.

النظر في استخدام نظام المطياف أو النسخ المجهري الصوتي للمقاومة للتفتيش غير التدميري على السلامة المشتركة للمبيعات بعد التدوير، وتسجيل البيانات من وقت إلى آخر وتطبيق تحليل ويبول لتقدير الموثوقية الميدانية، وتعود هذه البيانات أيضا إلى حلقات تحسين التصميم.

خاتمة

ولا يزال التدوير الحراري سبباً مهيمناً لفشل اللوحات الالكترونية في مختلف الصناعات، إذ إن الآليات الرئيسية - أي التهاب مشترك، وتصفية، وكسر المكونات، والصفحة الحربية، والتآكل - كلها تنشأ عن عدم التوافق الأساسي في معامل التوسع الحراري بين المواد، وتعترف بالعوامل التي تعجل الضرر، مثل درجات الحرارة الواسعة، والحواجز السريعة، والتفاوت التراكمي المادي، تسمح للمهندسين بتصميم أكثر قوة.

ويتطلب التخفيف نهجاً شاملاً: اختيار المواد ذات التماثل مع نظام تكنولوجيا المناخ، والتصميم الأمثل، ومقياس الطوابق، واستخدام أفضل الممارسات في مجال البيع، ومراقبة بيئة التشغيل، والتحقق من صحتها من خلال الاختبار الدقيق، ومع استمرار التكنولوجيا في زيادة كثافة الطاقة والتعرض البيئي الأكثر قسوة (بما في ذلك نقص القدرة على تحمل السيارات وازدحام الفضاء الجوي)، فإن أهمية القدرة على تحمل الأعباء الهندسية الحرارية لا تزال تنمواً.