一, Rekonstrukcija sustava materijala: revolucionarna primjena supstrata otpornog na temperaturu
1. Optimizacija fizičkih svojstava supstrata s visokim Tg
Tradicionalni FR-4 materijali otkazuju na temperaturi staklenog prijelaza (Tg) na 130 stupnjeva, što rezultira smanjenjem mehaničke čvrstoće od 62%. Tg novog poliimidnog (PI) supstrata može doseći 280 stupnjeva i zadržati 85% izvorne čvrstoće na savijanje na 150 stupnjeva. Nakon što je vojni proizvođač PCB-a upotrijebio keramički punjenu PI podlogu, njegovi su proizvodi kontinuirano radili u kutiji s visokom temperaturom od 200 stupnjeva 72 sata, s kontroliranim iskrivljenjem unutar 0,3 mm.
2. Usklađivanje toplinske ekspanzije metalnih materijala
Razlika u koeficijentu toplinske ekspanzije između aluminijske podloge (CTE 23 ppm/stupnju) i bakrene folije (CTE 17ppm/stupnju) rezultirat će naprezanjem od 0,02 mm/stupnju tijekom ciklusa temperature. Taloženjem sloja legure nikla i fosfora (CTE 12ppm/stupanj) na površinu aluminijske podloge, toplinsko naprezanje može se smanjiti za 43%. Nakon usvajanja ove tehnologije, život ciklusa napajanja određenog IGBT modula povećan je s 50 000 puta na 120 000 puta.
3. Inovacija sustava lemljenja
Tradicionalni SnAgCu lem doživjet će deformaciju puzanja od 0,08% na 125 stupnjeva. SnAgCuNiCe lem s niskim puzanjem koji je razvio Senju Metal u Japanu ima smanjenje stope puzanja od 76% pri 150 stupnjeva. Nakon što je proizvođač poslužitelja primijenio lem, vrijeme kvara BGA lemljenih spojeva pri visoko-testiranju starenja produljeno je s 48 sati na 240 sati.
2, Inovacije u konstrukcijskom inženjerstvu: Dizajn disperzije toplinskog naprezanja
1. Trodimenzionalna arhitektura odvođenja topline
Tro-dimenzionalna struktura rasipanja topline pomoću niza vrućih prolaza i bakrenih izbočina može smanjiti temperaturu oko CPU-a za 18 stupnjeva. -Matična ploča visokih performansi smanjuje toplinski otpor s 0,8 stupnjeva /W na 0,35 stupnjeva /W postavljanjem promjera 0,3 mm i razmaka od 1,2 mm vrućeg niza u 8-slojnom PCB-u, u kombinaciji s donjim bakrenim izbočinom stupa.
2. Dizajn strukture za smanjenje naprezanja
Postavljanje utora za naprezanje u obliku slova U širine 0,5 mm na rub PCB-a može smanjiti faktor koncentracije naprezanja generiranog temperaturnim ciklusima s 3,2 na 1,8. Kroz ovaj dizajn, određeni automobilski ECU smanjio je stopu pucanja lemljenih spojeva sa 12% na 2,3% u testovima hladnog i vrućeg udara u rasponu od -40 stupnjeva do 125 stupnjeva.
3. Fleksibilna tehnologija povezivanja
Koristeći FPC (fleksibilnu ploču) za spajanje glavne upravljačke ploče i modula napajanja, može apsorbirati pomak toplinskog širenja veći od 3 mm. Određeni fotonaponski pretvarač zamjenjuje tradicionalno ožičenje FPC-om, a fluktuacija kontaktnog otpora konektora smanjuje se s ± 15 m Ω na ± 3 m Ω u okruženju od -30 stupnjeva do 85 stupnjeva.
3, Nadogradnja procesa proizvodnje: ključni napredak u kontroli procesa
1. Optimizacija krivulje temperature reflow lemljenja
Usvajanjem stepenaste krivulje grijanja (120 stupnjeva /60s → 150 stupnjeva /90s → 180 stupnjeva /40s), deformacija PCB-a može se smanjiti s 1,2 mm na 0,4 mm. Kroz ovu prilagodbu procesa, određena SMT tvornica povećala je stopu prolaza PCB-a debljine 0,8 mm sa 78% na 95%.
2. Inovacija procesa punjenja dna
Korištenjem ljepila za punjenje dna od epoksidne smole i opreme s točnošću nanošenja od ± 0,05 mm, vijek trajanja BGA lemljenih spojeva može se povećati za 5 puta. Nakon što je određeni proizvođač komunikacijske opreme primijenio ovaj postupak, način kvara proizvoda tijekom testiranja od -55 stupnjeva do 125 stupnjeva promijenio se od pucanja lemljenih spojeva do kvara tijela komponente.
3. Nadogradnja tehnologije površinske obrade
Korištenjem površinske obrade kemijskim niklom paladijem zlatom (ENIG), debljina sloja nikla kontrolirana je na 3-5 μm, a sloja paladija je 0,05-0,1 μm, što može stabilizirati kontaktni otpor unutar 5m Ω u okruženju od 150 stupnjeva. Proizvođač konektora ovim je postupkom smanjio stopu kvara kontakta svojih proizvoda s 8% na 0,3% u ispitivanju visoke temperature i visoke vlažnosti.
4, Rješenje na razini sustava: Multidisciplinarna suradnička inovacija
1. Toplinska simulacija i optimizacija topologije
Korištenjem ANSYS Icepaka za simulaciju spajanja toplinskog protoka, lokacija žarišta može se točno predvidjeti. Proizvođač poslužitelja prilagodio je ožičenje na temelju rezultata simulacije, smanjujući maksimalnu temperaturu PCB-a sa 112 stupnjeva na 98 stupnjeva i smanjujući stopu kvarova komponenti za 62%.
2. Izrada baze podataka materijala
Uspostavite bazu podataka toplinskih mehaničkih performansi koja sadrži 237 materijala kako biste postigli automatski izračun stupnja podudaranja CTE. Određena zrakoplovna tvrtka skratila je vrijeme odabira materijala sa 72 sata na 8 sati i poboljšala točnost podudaranja na 92% putem ovog sustava.
3. Online sustav praćenja
Uvođenje mreže optičkih Braggovih rešetkastih senzora može pratiti distribuciju naprezanja PCB-a u stvarnom-vremenu. Određeni pretvarač energije vjetra koristi ovaj sustav za davanje upozorenja od 0,5 sekundi unaprijed u slučaju naglih promjena temperature, čime se izbjegava pojava većih kvarova.
5, Slučajevi iz prakse u industriji
1. BMS sustav za nova energetska vozila
Određena automobilska tvrtka usvojila je kombiniranu shemu PI supstrata punjenog keramikom, lema s niskim puzanjem i dizajna utora za naprezanje, što omogućuje BMS modulu da neprekidno radi 2000 sati bez kvara u okruženju od 125 stupnjeva, povećavajući njegov radni vijek 4 puta u usporedbi s tradicionalnim shemama.
2. 5G AAU jedinica bazne stanice
Integrirano rješenje vrućeg niza+FPC veze+ENIG površinske obrade povećalo je gustoću snage AAU jedinice na 45W/L pri temperaturi od 60 stupnjeva, što je 30% više od proizvoda prethodne generacije.
3. Zrakoplovna elektronička oprema
Usvajanjem sveobuhvatnog rješenja tro-dimenzionalne arhitekture rasipanja topline, procesa punjenja na dnu i online sustava nadzora, MTBF (srednje vrijeme između kvarova) ugrađenih računala može doseći 120 000 sati u okruženjima u rasponu od -55 stupnjeva do 125 stupnjeva, ispunjavajući zahtjeve standarda DO-160G.
