Modern elektronik cihazlar giderek daha fazla operasyonel ortamlara maruz kalıyor, tekrarlanan güç bisikletinin, ortam ısı geçişinin ve yüksek performanslı bileşenlerin ısı dağılımı sadece kalıcı bir termal dalgalanmalar yaratıyor. Bu döngüsel termal yükleme, tüketici cihazlarından havacılık sistemlerine kadar kullanılan birincil bir sürücüdür.
Cyclic Thermal'ın temelleri Elektronik Paketlerde Yükleniyor
Cyclic termal yükleme, tekrarlanan genişleme ve malzeme sözleşmelerini sıcaklık değişiklikleri nedeniyle ifade eder. Elektronik bir pakette, bu hem makro düzeyde gerçekleşir - cihaz gücü sırasında ve kapanma sırasında - ve mikro düzeyde, sabit ısı geçişinin ısıtılmasının ısıtılmasının, farklı hızlarda sabitlenmesi ve geri dönüşler sırasındaki basıncın arttırılması gibi, geri dönüşümlü malzemeler arasındaki farklar arasındaki fark eder.
Sıcaklıksal bir deformasyon, \(\varepsilon {th}\), denklem tarafından yönetilir (\Delta T\) sıcaklık değişikliğidir.Bir çok para biriminde, CTE yanlış bir şekilde deneyimlenen etkili bir şekilde, \(\Delta T\) \alpha\alpha\alpha\alpha\alpha'nın CTE'nin bir fonksiyonudur ve CELNO'nin sıcaklığının yaklaşık 16 °C'ye kadar satılır.
Pratikte, döngüsel termal yükleme iki rejime kategorize edilir: düşük döngüsü ısı yorgunluk, büyük sıcaklık hızları (örneğin, seramikler gibi sert malzemelerde elvezeklerde yüksek plastik sular ve yüksek döngüsü yorgunluk gibi yüksek ısınır.
Mechanisms of Crack Büyümenin Is Termal Fatigue
Çevrimsel termal yükleme altında dövme büyümesi, üç ayrı aşamada meydana gelen ilerici bir hasar sürecidir: başlangıç, istikrarlı bir yayılma ve hızlı kırılma. Mekanik yorgunlukla karşılaştırıldığında, sıcaklık bağımlı malzeme özellikleri ve gelişen stres alanları arasındaki darbedir.
Crack Initiation: Microstructural Defects'in Rolü
Cracks tipik olarak, Cu6Sn5 veya Ni3Sn4 gibi, beton tıkanıklıkları veya arayüzelleri kullanarak, bu IMC tabakalarında yerelleştirilmiş, mikroküresel bileşiklerin oluşumu, Cu6Sn5 veya Ni3Sn4 gibi, organik yüzeylerde de olsa, kristalin kaplamalar gibi yüzeysel kaplamalar gibi yüzeysel kaplamalar da, yüksek çözünürlükte bulunan yüzeylerde ısıtılabilir.
Araştırma, bu kusurların yoğunluğu ve dağılımının işlem koşulları tarafından güçlü bir şekilde etkilendiğini gösteriyor. Örneğin, geri dönüşten satılan hızlı soğutma büyük, son derece IMCI, tahıllar yaratırken, yavaş soğutma çatlakları teşvik eden daha homojen bir mikroyapıyı teşvik eder. Benzer şekilde, dolum malzemelerinin altındaki yükleme (tipik olarak% 60–70) CTE yanlış bir şekilde azaltılabilir ve sertliği artırabilir, çatlakların başlangıcını geciktirir.
Crack Propagation: Incremental growth and Relief Accumulation
Bir kez başlatılan, çatlaklar her termal döngü ile artarak artacaktır. Teklif gücü, \(G\), malzemenin kırık sertliğini aşmalıdır, \(G c\) ısınmış ısınmış parçaları, \(G c), SAC305 veya SAC405), transgranuklar ve malzemenin sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık
Metal veya metal yüzeyler gibi, çatlaklar daha lineer ve kritik stres yoğunluğu ile yönetilebilir. Üretimden gelen baskıcı stresler - örneğin, ince film metal tabakaları, başlangıçta çatlakları tekrarlamak için kullanılır, \(da/dN) \Delta K) ^ K) \ (gerçekten sencereli bir şekilde büyüme için Paris yasası, \(s)
Gerçek dünya örnekleri bu fenomenin ciddiyetini göstermektedir. Top grid serisinde (BGA) paketler, 150 °C arasındaki ısı bisikleti, sadece 1000-2000 döngülerinden sonra top çatlaklarına neden olabilir, ısıtılmış ve yıkıcı başarısızlıklara yol açabilir.
Malzeme-Specific Fatigue Davranış ve Crack Direnişi
Farklı elektronik ambalaj malzemeleri, çevrimsel termal yüklemeye farklı tepkiler sunar. Verilen bir uygulama için doğru materyali seçmek CTE, sertlik, termal iletkenliği ve işleme uyumluluğu gerektirir.
Solder Alloys ve Intermetallicnics
Leydik eklemler düşük erime noktaları ve vizektomi deformasyonları nedeniyle ısınıcı en hassas bileşenlerdir. Geleneksel Sn-Pb euteive satıcılar (63Sn-37Pb) daha güçlü ve daha yüksek ürperticiler için iyi bir direnç var, daha sert, sert kırık tahıl yapısı ve IMC arabirimleri ile plastik su geçirmez hale getirme yeteneği.
Seramik Altstrates ve Dielektrikler
Alumina (Al2O3) ve alüminyum nitrit (AlN) substratlar yüksek enerjili iletkenlik ve düşük elektrik kaybı nedeniyle yüksek frekanslı betonlar tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır.In briçing ductile metal tabakaları veya seramikleri kullanarak hassas bir şekilde kullanarak, zirkonomik profillerinin sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık metal işlemeye yardımcı olur.
Polimerler ve Encapsulants
Polyester ve kalıp bileşikleri, silikonun öldüğünü ve mikrokökün oluşmasını korumak için kullanılır. CTE genellikle 20-40 ppm/°C, bu silikonun yüksek olduğunu, ancak aynı zamanda yüksek çözünürlükte elektrotlı arabirimler oluşturmak için de stres yaratır.
Mitigation Strategies: Tasarım, Materyal ve Süreç Yeniliği
Çevrimsel termal yüklemeden çatlak büyümenin azaltılması, stres nesli, malzeme direnci ve yapısal bütünlüğü ele alan çok yüksek bir yaklaşım gerektirir. Aşağıdaki stratejiler endüstride yaygın olarak kullanılır.
Geometrik Optimizasyonla Stres Yardımı
Stres konsantrasyonlarını kritik arayüzlere dönüştürmek birincil bir tasarım hedefidir.For solder bumps, bir kovalama veya saat cam profili kullanarak standart bir top yerine - daha fazla ısıtılabilir, aynı şekilde, pompalanan modüller veya doldurmalar için, CTE'de bir geçiş sağlar, minimiz kenar delaminasyon.
Malzeme Seçme ve Öğrenme
Yakın zamanda CTE değerleri olan malzemeler etkili ancak diğer performans gereksinimleri nedeniyle her zaman pratik değildir. Bunun yerine, mühendisler genellikle özelleştirilmiş yorgunluk direnci ile malzeme kullanırlar.For satıcılar, nano ölçekli takviyeler karbon nanotüpler veya grafiklerle beton plakaları ekleyerek çatlakları güçlendirebilir ve yorgunluk yaşamlarını geliştirebilirler.For seramikler, yüksek çözünürlük notları kullanarak (örneğin, yüksek çözünürlükte esneklik azaltıcı bir şekilde ısıtılırlar) veya sertleştirici stres tabakalarını kullanarak sıkıştırabilir.
Kontrollü Termal Profiller ve Annealing
Sıcaklık değişikliğinin termal bisiklet sırasında doğrudan ortaya çıkan stresin boyutunu etkiler. Yavaş yavaş yavaş akış oranları (örneğin, 20°C/min yerine) 20°C/min) kombinasyonel rahatlamaya izin verir ve özellikle de ilk birkaç yüz döngüde çatlakların tekrarlanmasıyla sonuçlanır.
Gelişmiş İzleme ve Hızlandırılmış Test
Kuantum büyümesi sağlam test metodolojileri gerektirir. Standartlaştırılmış termal bisiklet testleri, JEDEC JESD22-A104 (enerji bisiklet veya ısı bisikleti için G) için gerekli olan ölçümler, temel verileri sağlar. Ancak, akustik mikroskobu kullanarak daha sofistike izleme, X-ray tomografi, veya in-situ su geçirmez ölçümler gerçek zamanlı olarak çatlaklar için çatlakları takip edebilir. kritik uygulamalar için fizik-of-failure (PoF) modelleri.
Future Yol ve Araştırma Frontiers
Elektronik cihazlar küçültüldüğü ve güç kesintileri arttıkça, döngüsel termal yükleme tarafından ortaya çıkan zorluklar yoğunlaşacak. Future research is focus on several hope fields.
İlk olarak, zarar gerçekleştiğinde çatlakların geliştirilmesi, mekanik bütünlüğün geri alınması, bu tür malzemeler dramatik olarak yorgunluk hayatından dolayı dramatik olarak uzatılabilir.(CFLT:2) ve yapay zeka (AI)[Dönetici)[Dönetici)[Döneticileri yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan mikrokapılı sistemlerde yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan mikrokışmanlar için yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte.[D)
Son olarak, alginçlerin entegrasyonu, tahmin edici bakım ve sistem kesintisi için izin verecek (Dönetici bilim ve tasarım optimizasyonunda birlikte, benzer derecede sert termal ortamlara karşı dirençli emisyon transdüserlere dayanabilecek elektronik cihazlara karşı verilen bu ilerlemeler, önceden belirlenmiş maddi bilim ve tasarım optimizasyonunda bir araya getirilen ve daha önce yapılan iyileştirmelere izin verecek olan elektronik cihazlara karşı verilen taahhütleri yerine getirecek.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Cyclic termal yükleme, çok boyutlu montajlarda en çok kullanılan tehditlerden biri olarak kalır. Elektronik ambalaj malzemelerinin yapısal bütünlüğüne karşı. mikroyapısal hatalardan kaynaklanan çatlaklardan, bu tür hasarlara karşı çıkmak için, tasarım yenilikleri, süreç kontrolleri ve gelişmiş test protokolleri, çok boyutlu montajlarda doğal olarak etkiler sağlar. Cihazların seçimi - daha fazla satılan alaşımlar, seramikler veya polimerler - yol açmalı ve ilerici bir şekilde, tasarım yenilikleri, süreç kontrolleri ve gelişmiş test protokolleri, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ortaya çıkan çiftliği sağlamalı bir çiftliğe yönelik araştırma yöntemlerine karşı koymaya devam etmelidir.