一, Reconstrucția sistemului de materiale: aplicarea inovatoare a substratului rezistent la temperatură
1. Optimizarea proprietăților fizice ale substratului cu Tg ridicată
Materialele tradiționale FR-4 cedează la temperatura de tranziție sticloasă (Tg) la 130 de grade, rezultând o scădere cu 62% a rezistenței mecanice. Tg al noului substrat de poliimidă (PI) poate atinge 280 de grade și poate menține 85% din rezistența sa inițială la încovoiere la 150 de grade. După ce un producător de PCB de calitate militară a folosit substrat PI umplut cu ceramică, produsele sale au funcționat continuu într-o cutie de temperatură înaltă de 200 de grade timp de 72 de ore, cu deformarea controlată în 0,3 mm.
2. Potrivirea expansiunii termice a materialelor metalice
Diferența de coeficient de dilatare termică dintre substratul de aluminiu (CTE 23ppm/grad) și folia de cupru (CTE 17ppm/grad) va avea ca rezultat o solicitare de 0,02 mm/grad în timpul ciclului de temperatură. Prin depunerea unui strat de aliaj de nichel fosfor (CTE 12ppm/grad) pe suprafața unui substrat de aluminiu, stresul termic poate fi redus cu 43%. După adoptarea acestei tehnologii, ciclul de viață al unui anumit modul IGBT a crescut de la 50000 de ori la 120000 de ori.
3. Inovarea sistemului de lipit
Lipirea tradițională SnAgCu va experimenta o tensiune de fluaj de 0,08% la 125 de grade. Lipitura cu fluaj scăzut SnAgCuNiCe dezvoltat de Senju Metal în Japonia are o reducere a ratei de fluaj de 76% la 150 de grade. După ce un producător de server a aplicat lipirea, timpul de defecțiune al îmbinărilor de lipit BGA în testele de îmbătrânire la temperatură înaltă-a fost extins de la 48 de ore la 240 de ore.
2, Inovație în inginerie structurală: proiectare de dispersie a tensiunii termice
1. Arhitectură tridimensională de disipare a căldurii
Structura tridimensională de disipare a căldurii care utilizează o matrice fierbinte și proeminențe de stâlp de cupru poate reduce temperatura din jurul procesorului cu 18 grade . O placă de bază-de înaltă performanță reduce rezistența termică de la 0,8 grade /W la 0,35 grade /W prin setarea unui diametru de 0,3 mm și o distanță de 1,2 mm la cald prin matrice într-un PCB cu 8 straturi, combinat cu un boșaj de cupru de jos.
2. Proiectarea structurii de reducere a tensiunilor
Setarea unei caneluri de tensiune în formă de U de 0,5 mm lățime la marginea PCB poate reduce factorul de concentrare a tensiunii generat de ciclul de temperatură de la 3,2 la 1,8. Prin acest design, un anumit ECU auto a redus rata de crăpare a îmbinărilor de lipit de la 12% la 2,3% în testele de șoc la rece și la cald, variind de la -40 de grade la 125 de grade.
3. Tehnologia de conectare flexibilă
Folosind FPC (placă de circuite flexibile) pentru a conecta placa principală de control și modulul de alimentare, poate absorbi deplasarea expansiunii termice de mai mult de 3 mm. Un anumit invertor fotovoltaic înlocuiește cablarea tradițională cu FPC, iar fluctuația rezistenței de contact a conectorului scade de la ± 15m Ω la ± 3m Ω într-un mediu de -30 grade la 85 grade.
3, Actualizarea procesului de fabricație: o descoperire cheie în controlul procesului
1. Optimizarea curbei temperaturii de lipire prin reflow
Prin adoptarea unei curbe de încălzire în trepte (120 grade /60s → 150 grade /90s → 180 grade /40s), deformarea PCB poate fi redusă de la 1,2 mm la 0,4 mm. Prin această ajustare a procesului, o anumită fabrică SMT a crescut rata de trecere a PCB-urilor cu grosimea de 0,8 mm de la 78% la 95%.
2. Inovație în procesul de umplere de jos
Folosind adeziv de umplere inferioară cu rășină epoxidică și echipamente cu o precizie de distribuire de ± 0,05 mm, durata de viață la oboseală a îmbinărilor de lipit BGA poate fi mărită de 5 ori. După ce un anumit producător de echipamente de comunicație a aplicat acest proces, modul de defecțiune al produsului în timpul testării de la -55 de grade la 125 de grade s-a schimbat de la fisurarea îmbinării de lipit la defectarea corpului componentei.
3. Actualizare tehnologie de tratare a suprafeței
Folosind tratamentul chimic de suprafață cu nichel paladiu aur (ENIG), grosimea stratului de nichel este controlată la 3-5 μm, iar stratul de paladiu este de 0,05-0,1 μm, ceea ce poate stabiliza rezistența de contact în 5m Ω la 150 de grade. Un producător de conectori a redus rata de eșec de contact a produselor lor de la 8% la 0,3% la testarea temperaturii ridicate și a umidității ridicate prin acest proces.
4, Soluție la nivel de sistem: Inovație colaborativă multidisciplinară
1. Simulare termică și optimizare topologie
Folosind ANSYS Icepak pentru simularea de cuplare a fluxului termic, locația punctelor fierbinți poate fi prezisă cu precizie. Un producător de server a ajustat cablarea pe baza rezultatelor simulării, reducând temperatura maximă a PCB-ului de la 112 grade la 98 grade și scăzând rata de defecțiuni a componentelor cu 62%.
2. Construirea bazei de date materiale
Stabiliți o bază de date de performanță termică mecanică care să conțină 237 de materiale pentru a realiza calculul automat al gradului de potrivire CTE. O anumită companie aerospațială a scurtat timpul de selecție a materialului de la 72 de ore la 8 ore și a îmbunătățit precizia potrivirii la 92% prin acest sistem.
3. Sistem de monitorizare online
Implementarea rețelei de senzori cu rețea Bragg cu fibră poate monitoriza distribuția tensiunii PCB în timp real-. Un anumit convertor de energie eoliană utilizează acest sistem pentru a furniza o avertizare în avans cu 0,5 secunde în cazul schimbărilor bruște de temperatură, evitând apariția defecțiunilor majore.
5, cazuri de practică în industrie
1. Sistem BMS pentru vehicule cu energie nouă
O anumită companie de mașini adoptă o schemă combinată de substrat PI umplut cu ceramică, lipire cu curgere scăzută și design cu caneluri de tensiune, care permite modulului BMS să funcționeze continuu timp de 2000 de ore fără defecțiuni la un mediu de 125 de grade, crescându-și durata de viață de 4 ori comparativ cu schemele tradiționale.
2. 5Unitate AAU al stației de bază G
Soluția integrată de fierbinte prin matrice + conexiune FPC + tratarea suprafeței ENIG a crescut densitatea de putere a unității AAU la 45 W/L la mediu de 60 de grade, care este cu 30% mai mare decât produsul din generația anterioară.
3. Echipamente electronice aviatice
Prin adoptarea unei soluții cuprinzătoare de arhitectură tridimensională de disipare a căldurii, proces de umplere inferioară și sistem de monitorizare online, MTBF (timpul mediu între defecțiuni) al computerelor de bord poate ajunge la 120000 de ore în medii cuprinse între -55 grade și 125 grade, îndeplinind cerințele standardului DO-160G.
