מכשירים אלקטרוניים מודרניים חשופים לסביבות תפעוליות יותר ויותר תובעניות, שבו רכיבה על כוח חוזר, משמרות טמפרטורה הסביבה, ופירוק חום ממרכיבים ביצועים גבוהים יוצרים תנודות תרמיות מתמשך.טעינה תרמית מחזורית זו היא נהג עיקרי של עייפות בחומרים של אריזה אלקטרונית, ישירות המשפיע על סדקים, קידוד, ובסופו של דבר הבנה של המשחק בין מתח תרמי ושבר אינה רק פעילות אקדמית; הוא דרישה אמינה עבור מערכות הפעלה אקולוגיות, עיצוב יעיל של כל דבר מכשיר חיוני.

יסודות של Cyclic Thermal לטעון בחבילות אלקטרוניות

טעינה תרמית Cyclic מתייחסת להתרחבות חוזרת וההפצה של חומרים עקב שינויים טמפרטורה.בחבילה אלקטרונית, זה קורה הן ברמת המאקרו - כגון במהלך כוח המכשיר וסגורה - וברמה המיקרו, שבו חימום מקומי משינוי transistor יוצר ⁇ s תרמיים.ההתאמה של אפקטיביות של התרחבות תרמית (CTE) בין חומרים סמוכים, כגון סיליקון, נמכר, תרכובות, ואפקטים מעגלי קירור, לעתים קרובות, היא עדיין מתחמיים, אך ורקמות, היא סגורה.

גודלו של זן תרמי, (\varsilon {th) הוא נשלט על ידי המשוואה (\varepsilon {th) = \alpha / delta T\), שבו (\alpha\) הוא CTE של חומר ו / tp (p) הוא שינוי הטמפרטורה.

בפועל, טעינה תרמית מחזורית מסווגת לשתי משטרים: עייפות תרמית של מחזור נמוך, שבו תנודות טמפרטורה גדולות (למשל, 40 מעלות צלזיוס ל +125 מעלות צלזיוס) לגרום לזן פלסטיק גבוה בחומרים דלים כמו מכר, ועייפות מחזור גבוהה, שבו סיורים טמפרטורה קטנים יותר (למשל, 0 מעלות צלזיוס ל +70 מעלות צלזיוס) לגרום בעיקר לגמישות בחומרים מתפתלים כגון קרמיקה, אם כי הם תורמים למנגנוני קרמיקה.

מכניזם של צמיחה בקראק מתחת לשומן הצחיח

צמיחת הקרקר תחת עומס תרמי מחזורי היא תהליך נזק מתקדם המתרחש בשלושה שלבים נפרדים: יזום, תפיץ יציבה, ושבר מהיר.האספ הייחודי של עייפות תרמית, בהשוואה לעייפות מכנית, הוא ההפיכה בין תכונות חומרים תלויות טמפרטורה ושדות מתח מתפתחים. כמו סדקים propagate, הם משנים את ההתנגדות המקומית ואת חלוקת הלחץ, יצירת משוב מאיץ.

סיקור: The Role of Microstructural Defects

בדרך כלל סדקים, גבולות דגנים, או ממשק delaminations. in Solder joints, למשל, היווצרות של תרכובות intermetallic (IMC), כולל אזורי הרחבה, כגון C6Sn5 או Ni3Sn4, יוצר ממשקי מחץ כי הם ממריצים תרמיים, מתחת ל- 100 דונם, כמו גם חומרים מכווץ של תאים מכניים אחרים.

מחקרים מצביעים על כך שהדחיסות וההפצה של פגמים אלה מושפעות מאוד מתנאי העיבוד.לדוגמה, קירור מהיר מזרימת ההתחדשות יכול ליצור גרגרי IMC גדולים, חדלים, בעוד קירור איטי מקדם מיקרוגוני הומוגני יותר המתנגדים לסדקים. בדומה, חומרים תחת חסות עם טעינה מתאימה (בדרך כלל 60–70% על ידי משקל) להפחית את ה- CTEmatch ולשפר את השבר, העיכוב בעיכוב של השבר.

התפוצצות: צמיחה מופרזת ונזקים

לאחר שיזם, סדקים propagate באופן מצטבר עם כל מחזור תרמי.כוח הנהיגה להפצתו הוא קצב שחרור האנרגיה של הזן, / (G\), אשר חייב לעלות על הנוקשות של החומר, / (G c\) בעייפות תרמית, / (G\) הוא פונקציה של לחץ מחזורי אינטנסיביות, / Del K\), ואת השכבה המטריאליסטית של חומרים כגון חומרים מתקדמים (Ricer) לאחר מכן, SMCN) הוא לעתים קרובות, לאחר חומר נפץ גבוה, או חומרים (Ric Stress) הוא פועל על ידי חומר Igeric).

עבור חומרים מתפתלים, כגון סיליקון או תת-קרקעיים קרמיקה, הפצת סדק היא ליניארית יותר ושלטת על ידי אינטנסיביות מתח קריטית.נוכחות של לחצים דחוסים שאריות מייצור - למשל, בשכבות מתכת דקות על סיליקון - יכול בתחילה לדכא את הצמיחה סדק.עם זאת, רכיבה חוזרת על אופניים תרמי\מחץ / ניתוח מדויק / C(D) הוא מאתגר את הלחץ הזה / שכפול פלסטיק, ומאפשר פשט, כדי להפיץ.

דוגמאות בעולם האמיתי ממחישות את חומרת התופעה הזו.במערך של רשתות הכדור (BGA) חבילות, רכיבה תרמית בין -55 מעלות C ו +125 ° C יכול לגרום סדקים כדור נמכר לאחר רק 1000-2000 מחזורים, המוביל לכשלים חשמליים לסירוגין.עבור מודולים אלקטרוניקה כוח עם insulated-gates-gates-gates- bi קוטביסטרופליטורים (IG), טעינה מחזורית מטמפרטורות של 150 מעלות צלזיוס ל-200 מעלות צלזיוס יכולה לגרום ל-R.

התנהגות שומנית והתנגדות קרקרים

חומרי אריזה אלקטרוניים שונים מפגינים תגובות נפרדות להטעינה תרמית מחזורית, בחירת החומר הנכון עבור יישום מסוים דורש איזון CTE, קשיחות, מוליכות תרמית, והתאמה לעיבוד.

מכורים אלוי ו- Intermetallic Compounds

המפרקים הנמכרים הם המרכיבים הרגישים ביותר לעייפות תרמית בשל נקודות התכה הנמוכות שלהם ואת העיוות הבקגוני (הידועים על ידי סנ-Pb eutectic Solders (Sn-37Pb) יש התנגדות עייפות טובה בשל מבנה דגנים דק, שווה ערך והיכולת להכיל מתח פלסטיק דרך עובי פיזור (R) עם זאת, חלופות מובילות כגון Sn-Ag-Cug עכשיו הם סגסוגת יותר גבוה יותר, כמו SMC.

צוללות צוואר הרחם ודיאלקטריות

אלומיניום (Al2O3) ואלומיניום nitride (AlN) substrates משמשים נרחב כוח גבוה ומכשירים גבוהים ⁇ עקב התנהגות תרמית גבוהה שלהם אובדן חשמלי נמוך.הערות שלהם, עם זאת, גורם להם פגיעים לפצח אתרי עזרה מחזוריים תחת לחץ מחזורי (מפרקים קרמיקה) באמצעות קרמיקה (CC), סדק תרמי הוא מצב ידוע, לעתים קרובות נגרמת על ידי CTE בין קרמיקה לרקמות מתכת (CL).

פולימרים ו- Encapsulants

תרכובות של אפיקסי ותרכובות עובש משמשים כדי להגן על סיליקון מת ומכרה בולגריים. CTE שלהם הוא בדרך כלל 20-40 ppm / ° C, אשר גבוה יותר מזה של סיליקון, יצירת מתחים במהלך קירור.תחת רכיבה תרמית, פולימרים אלה יכולים לעבור גילוח ומיקרו-Cracks, במיוחד אם טמפרטורת המעבר זכוכית (T g) הוא מעלים כמו אח סגסוגת גבוהה יותר, אבל גם תכונות CTEDreculensopericer (אך) יש להגדיל את הגדלה) אבל גם את הממשק CTEDrecg) אבל גם אלקטרוניקה גבוהה יותר.

אסטרטגיות מיגור: עיצוב, חומר וחדשנות תהליכים

הגדלת סדק מעומס תרמי מחזורי דורש גישה רב-מכוונת המתייחסת לדור הלחץ, חוסן חומרי ושלמות מבנית.האסטרטגיות הבאות מועסקות בדרך כלל בתעשייה.

הקלה בלחץ באמצעות אופטימיזציה גיאומטרית

צמצום ריכוזי הלחץ בממשקים קריטיים הוא יעד עיצוב עיקרי.עבור פולש מכר, שינוי צורת הבליטה - כגון שימוש בפרופיל חבית או שעה במקום כדור סטנדרטי - יכול לחלק יותר לחץ באופן שווה, צמצום הלחץ על ידי עד 40%. בדומה, הצגת פסטה באמצעות סדקים או מילוי במודולים פולימרטיים מספק מעבר הדרגתי ב CTE, מצמצם את הדלומינציה של השימוש ב- סיליקון, כמו סיליקון, או סיליקון, כמו ספוג שכבות לחץ או סיליקון, או סיליקון, או סיליקון מת תחת סיליקון, או סיליקון, או סיליקון, מתחת ל-buffric, או סיליקון, מתחת ל-bfilrs תחת סיליקון, או מטבוליות תחת סיליקון, או מטבוליות תחת סיליקון, או מטבוליות תחת סיליקון, או סיליקון מת תחת סיליקון, או מטבוליות תחת סיליקון, מת תחת סיליקון, מת תחת סיליקון, או מטבוליות תחת סיליקון, או מטבוליות תחת סיליקון מת תחת סיליקון מת תחת מחסנים, או מטבוליות תחת סיליקון, או מטבוליות תחת סיליקון, 000 מת תחת סיליקון, 000 מת תחת סיליקון מת תחת סיליקון, 000 מת תחת

בחירה חומרית והתאמה

בחירת חומרים עם ערכי CTE תואמים הדוק יעיל אבל לא תמיד מעשי בגלל דרישות ביצועים אחרים. במקום, מהנדסים לעתים קרובות להשתמש בחומרים עם התנגדות עייפות מותאמים. עבור מכרים, הוספת חיזוקים ננומטריים כמו צינורות פחמן או משטחים גרפיים יכול לגשר על סדקים ולשפר את חיי העייפות.עבור קרמיקה, באמצעות רמות דחיסות גבוהות (למשל, zirconia-ted aoughated) או חיזוקים בלחץ נמוך.

שליטה בפרופילים הירויים ותהליך אנליינג

שיעור שינויי הטמפרטורה במהלך רכיבה תרמית משפיע ישירות על גודל הלחץ המושרה.אטים יותר (למשל, 5 מעלות צלזיוס /מין במקום 20 מעלות צלזיוס /מין) מאפשר הרפיה מולקולטית במכרנים ופולימרים, צמצום הלחץ האפקטיבי למחזור, במיוחד בכמה מאות מחזורים הראשונים שבהם מתרחשת שבץ.

בדיקה מתקדמת ובדיקה

חיזוי צמיחה סדקים דורש שיטות בדיקה חזקות. בדיקות אופניים תרמיות סטנדרטיות, כגון JEDEC JESD22-A104 (תנאי G עבור רכיבה על אופניים או מצב H עבור רכיבה על טמפרטורה), לספק נתונים בסיס נתונים, אך יותר מתוחכם באמצעות סריקה מיקרוסקופיה אקוסטית, מחזורי רנטגן לדלקת נתונים, או מדדים מתאימים יכולים לעקוב אחר האבולוציה בזמן אמתי, עבור יישומים קריטיים, פיזיקתיים, של חיזוי נתונים מדויק (Fure) עבור מודלים סטנדרטיים סטנדרטיים של ניתוח נתונים סטנדרטיים של ניתוח נתונים, לדוגמה, לדוגמה, אשר ניתן לשלב את ה-מטופים של דיכאון, או מדדי שדה סטנדרטיים, או מדדים, לדוגמה, לדוגמה, או מדדים, כלומר, כלומר, לדוגמה, עבור ניתוח נתונים סטנדרטיים סטנדרטיים, לדוגמה, עבור ניתוח נתונים סטנדרטיים של דיכאון, עבור נוגדנים מדויקים, עבור נוגדנים סטנדרטיים, עבור ניתוח נתונים סטנדרטיים, עבור מודלים סטנדרטיים, עבור ניתוח נתונים סטנדרטיים, עבור חיזוי יעיל יותר, עבור ניתוח נתונים סטנדרטיים, עבור חיזוי יעיל יותר, עבור נוגדנים סטנדרטיים, עבור ניתוח נתונים סטנדרטיים, עבור חיזוי יעיל יותר, עבור נוגדנים סטנדרטיים, עבור ניתוח נתונים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים סטנדרטיים

קווי עתיד וגבולות מחקר

ככל שהמכשירים האלקטרוניים מתכווץ ומגבירים את רמת הגנות הכוח, האתגרים שמציבים טעינה תרמית מחזורית יתגברו.מחקר עתידי מתמקד במספר תחומים מבטיחים.

ראשית, הפיתוח של חומרים ⁇ -healing עצמם (FLT) 1 עבור אריזה אלקטרונית הוא צובר מתחים.חומרים אלה משלבים מיקרו-capsules של סוכני ריפוי או פולימרים תגובתיים אשר זורם לתוך סדק כאשר הנזק מתרחש, שחזור יושרה מכנית עדיין בשלבים המוקדמים של CFiFi) יכול להאריך באופן דרמטי את החיים, השני, FLT2machine למידה (ML) ו-Digital (F) הם חיזוי מלאכותי של חומרים אלה הם תחזיות גבוהות יותר ל-iF) אשר יכולות להאיץ את תהליכי עיבוד חומרים פיזיים.

לבסוף, השילוב של מדדי סדקים מבוססי התנגדות או טרנספורמטיקה של בריאות הפרט (איור 1) באמצעות חיישנים משובצים (למשל, מדדי סדקים המבוססים על התנגדות או טרנספורמטיבי פליטה אקוסטית) יאפשר אבחון בזמן אמת בתחום, המאפשר תחזוקה חיזוי ומערכת מופחתת למטה בזמן.

מסקנה

טעינה תרמית Cyclic נשאר אחד האיומים המפחידים ביותר על השלמות המבנית של חומרי אריזה אלקטרוניים.מממשט בפגמים מיקרו-מבנהיים להפצת יציבה דרך אזורי עייפות, נתיב הנזק מושפע עמוקות מהתקוממויות התרמית-מכנית הטמונות במגוון חומרים ממושכים, חייב להיות פיתוח חומרים נגדיים, בין אם הם מוכרים סגסוגת, קרמיקה, או פולימרים - באופן ישיר, כדי להבטיח נזקי, כגון תהליכי בדיקה מתקדמים, ואפקטיביים, לפתח אפקטים מתקדמים יותר, שיטות מחקר עצמי.