一, Rekonstrukce materiálového systému: Průlomová aplikace teplotně odolného substrátu
1. Optimalizace fyzikálních vlastností substrátu s vysokým Tg
Tradiční materiály FR-4 selhávají při teplotě skelného přechodu (Tg) při 130 stupních, což má za následek 62% snížení mechanické pevnosti. Tg nového polyimidového (PI) substrátu může dosáhnout 280 stupňů a udržet si 85 % své původní pevnosti v ohybu při 150 stupních. Poté, co výrobce PCB vojenské kvality použil keramický plněný PI substrát, jeho produkty pracovaly nepřetržitě ve 200stupňovém vysokoteplotním boxu po dobu 72 hodin, s deformací kontrolovanou v rozmezí 0,3 mm.
2. Tepelná roztažnost kovových materiálů
Rozdíl v koeficientu tepelné roztažnosti mezi hliníkovým substrátem (CTE 23 ppm/stupeň) a měděnou fólií (CTE 17ppm/stupeň) bude mít za následek napětí 0,02 mm/stupeň během teplotního cyklování. Nanesením vrstvy slitiny niklu a fosforu (CTE 12 ppm/stupeň) na povrch hliníkového substrátu lze snížit tepelné namáhání o 43 %. Po přijetí této technologie se životnost určitého IGBT modulu zvýšila z 50 000krát na 120 000krát.
3. Inovace pájecího systému
Tradiční pájka SnAgCu bude mít tečení 0,08 % při 125 stupních. Pájka SnAgCuNiCe s nízkým tečením vyvinutá společností Senju Metal v Japonsku má snížení rychlosti tečení o 76 % při 150 stupních. Poté, co výrobce serveru aplikoval pájku, se doba selhání pájených spojů BGA při testování stárnutí při vysoké teplotě prodloužila ze 48 hodin na 240 hodin.
2, Inovace stavebního inženýrství: Návrh tepelné disperze napětí
1. Trojrozměrná architektura rozptylu tepla
Trojrozměrná -struktura odvodu tepla pomocí horkého pole a měděných sloupkových výčnělků může snížit teplotu kolem CPU o 18 stupňů . Vysoce-výkonná základní deska snižuje tepelný odpor z 0,8 stupně /W na 0,35 stupně /W nastavením průměru 0,3 mm a rozestupu 1,2 mm přes pole v 8vrstvé desce plošných spojů v kombinaci se spodním měděným nálitkem.
2. Návrh konstrukce pro odlehčení pnutí
Nastavením 0,5 mm široké drážky pro napětí ve tvaru U- na okraji desky plošných spojů lze snížit faktor koncentrace napětí generovaný cyklováním teplot z 3,2 na 1,8. Prostřednictvím tohoto návrhu určitá automobilová ECU snížila míru praskání pájených spojů z 12 % na 2,3 % v testech studených a horkých šoků v rozsahu od -40 stupňů do 125 stupňů.
3. Technologie flexibilního připojení
Pomocí FPC (flexibilní deska s obvody) pro připojení hlavní řídicí desky a napájecího modulu může absorbovat posun tepelné roztažnosti o více než 3 mm. Určitý fotovoltaický střídač nahrazuje tradiční kabeláž FPC a kolísání přechodového odporu konektoru se snižuje z ± 15 m Ω na ± 3 m Ω v prostředí -30 stupňů až 85 stupňů.
3, Upgrade výrobního procesu: klíčový průlom v řízení procesů
1. Optimalizace teplotní křivky pájení přetavením
Přijetím stupňovité topné křivky (120 stupňů /60s → 150 stupňů /90s → 180 stupňů /40s) lze deformaci desky plošných spojů snížit z 1,2 mm na 0,4 mm. Prostřednictvím této úpravy procesu zvýšila jistá továrna SMT rychlost průchodu desek plošných spojů o tloušťce 0,8 mm ze 78 % na 95 %.
2. Inovace procesu spodního plnění
Použitím spodního plnicího lepidla z epoxidové pryskyřice a zařízení s přesností dávkování ± 0,05 mm lze únavovou životnost pájených spojů BGA zvýšit 5krát. Poté, co určitý výrobce komunikačního zařízení použil tento proces, se režim selhání produktu během testování z -55 stupňů na 125 stupňů změnil z praskání pájeného spoje na selhání těla součásti.
3. Upgrade technologie povrchové úpravy
Pomocí povrchové úpravy chemického nikl-palladiového zlata (ENIG) je tloušťka vrstvy niklu řízena na 3-5 μm a vrstva palladia je 0,05-0,1 μm, což může stabilizovat kontaktní odpor do 5 m Ω při 150 stupních prostředí. Výrobce konektorů tímto procesem snížil míru selhání kontaktů svých produktů z 8 % na 0,3 % při testování při vysoké teplotě a vysoké vlhkosti.
4, Řešení na systémové úrovni: Multidisciplinární kolaborativní inovace
1. Tepelná simulace a optimalizace topologie
Použitím ANSYS Icepak pro simulaci propojení tepelného toku lze přesně předvídat umístění hotspotů. Výrobce serveru upravil kabeláž na základě výsledků simulace, snížil maximální teplotu PCB ze 112 stupňů na 98 stupňů a snížil poruchovost komponent o 62 %.
2. Konstrukce materiálové databáze
Vytvořte databázi tepelného mechanického výkonu obsahující 237 materiálů pro dosažení automatického výpočtu stupně shody CTE. Jistá letecká společnost zkrátila dobu výběru materiálu ze 72 hodin na 8 hodin a zlepšila přesnost párování na 92 % prostřednictvím tohoto systému.
3. Online monitorovací systém
Nasazením vláknové sítě Bragg mřížkových senzorů lze monitorovat distribuci napětí desky plošných spojů v reálném-čase. Určitý měnič větrné energie používá tento systém k poskytování 0,5 sekundového předběžného varování v případě náhlých změn teploty, čímž se zabrání výskytu závažných poruch.
5, Případy průmyslové praxe
1. Systém BMS pro nová energetická vozidla
Jistá automobilka používá kombinované schéma keramického plněného PI substrátu, pájky s nízkým tečením a konstrukce drážek pro namáhání, což umožňuje modulu BMS nepřetržitě pracovat po dobu 2 000 hodin bez selhání v prostředí 125 stupňů, což zvyšuje jeho životnost 4krát ve srovnání s tradičními schématy.
2. 5Jednotka AAU základnové stanice G
Integrované řešení hot via array+FPC connection+ENIG povrchová úprava zvýšila hustotu výkonu jednotky AAU na 45W/L při 60stupňovém prostředí, což je o 30 % více než u produktu předchozí generace.
3. Letecká elektronická zařízení
Přijetím komplexního řešení trojrozměrné architektury rozptylu tepla, procesu spodního plnění a online monitorovacího systému může MTBF (střední doba mezi poruchami) palubních počítačů dosáhnout 120 000 hodin v prostředích od -55 stupňů do 125 stupňů, což splňuje požadavky normy DO-160G.
