Berbasikal termal adalah fenomena biasa dalam banyak sistem elektronik dan mekanikal, dan ia boleh memberi kesan yang signifikan terhadap kebolehpercayaan dan jangka hayat komponen. Sebagai pembekal analisis kegagalan komponen, saya telah melihat secara langsung bagaimana berbasikal haba boleh membawa kepada pelbagai bentuk kegagalan komponen. Dalam blog ini, saya akan menyelam ke dalam mekanisme di sebalik kegagalan ini dan berkongsi beberapa pandangan tentang cara untuk mengesan dan menghalangnya.
Apa itu Berbasikal Thermal?
Berbasikal termal merujuk kepada pemanasan berulang dan penyejukan komponen atau sistem. Ini boleh berlaku disebabkan oleh operasi normal, perubahan alam sekitar, atau kitaran kitaran dan mematikan. Sebagai contoh, dalam sistem pencahayaan LED, LED memanaskan apabila mereka dihidupkan dan sejuk apabila mereka dimatikan. Dari masa ke masa, turun naik suhu ini boleh menyebabkan tekanan pada komponen, yang membawa kepada kegagalan yang berpotensi.
Bagaimana Berbasikal Thermal Menyebabkan Kegagalan Komponen
Pengembangan dan pengecutan bahan
Salah satu cara utama berbasikal haba membawa kepada kegagalan komponen adalah melalui pengembangan dan penguncupan material. Bahan yang berbeza mempunyai koefisien pengembangan haba yang berbeza (CTE). Apabila komponen dipanaskan, bahan -bahan berkembang, dan apabila ia disejukkan, mereka berkontrak. Jika CTE bahan yang berbeza dalam komponen tidak sesuai, ini boleh menimbulkan tekanan dalaman di antara muka antara bahan.
Sebagai contoh, dalam papan litar bercetak (PCB), jejak tembaga dan substrat epoksi mempunyai CTE yang berbeza. Semasa berbasikal haba, jejak tembaga berkembang dan kontrak lebih daripada substrat epoksi. Ini boleh menyebabkan jejak untuk menghilangkan dari substrat dari masa ke masa, yang membawa kepada litar terbuka atau sambungan sekejap.
Retak keletihan
Berbasikal termal juga boleh menyebabkan retak keletihan dalam komponen. Keretakan keletihan berlaku apabila bahan tertakluk kepada kitaran tekanan berulang. Setiap kitaran pemanasan dan penyejukan menambah sedikit kerosakan pada bahan. Dari masa ke masa, kerosakan kecil ini berkumpul, dan retak mula terbentuk.
Dalam peranti semikonduktor, seperti IGBTS (transistor bipolar pintu bertebat), berbasikal termal boleh menyebabkan keletihan retak pada sendi solder yang menyambungkan peranti ke PCB. Keretakan ini boleh tumbuh dari masa ke masa, akhirnya membawa kepada kegagalan elektrik. Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenaiUjian IGBT dan Semikonduktordi laman web kami untuk mengesan isu -isu tersebut.
Pembentukan kompaun intermetallic
Satu lagi mekanisme di mana berbasikal haba boleh menyebabkan kegagalan komponen adalah melalui pembentukan sebatian intermetallic (IMCs). IMC dibentuk apabila dua atau lebih logam bertindak balas antara satu sama lain di antara muka. Semasa berbasikal haba, suhu yang meningkat dapat mempercepatkan pembentukan IMC.
Dalam sendi solder, sebagai contoh, solder dan pad logam pada PCB boleh bertindak balas untuk membentuk IMC. IMC ini sering rapuh dan dapat mengurangkan kekuatan mekanikal sendi pateri. Apabila lapisan IMC tumbuh lebih tebal dengan berbasikal termal berulang, sendi pateri menjadi lebih mudah untuk kegagalan.
Penyerapan dan penyerapan kelembapan
Berbasikal termal juga boleh menyebabkan penyerapan kelembapan dan desorpsi dalam komponen. Apabila komponen dipanaskan, kelembapan di dalamnya menguap, dan apabila ia disejukkan, kelembapan dapat mengalir. Kitaran penyerapan dan penyerapan kelembapan yang berulang ini boleh menyebabkan bengkak dan pengecutan bahan komponen.
Dalam peranti semikonduktor plastik, kelembapan boleh menembusi enkapsulant plastik dan mencapai mati. Semasa berbasikal haba, kelembapan boleh menyebabkan plastik menjadi delaminate dari mati, yang membawa kepada kegagalan elektrik.
Mengesan kegagalan komponen yang disebabkan oleh berbasikal haba
Sebagai pembekal analisis kegagalan komponen, kami menggunakan pelbagai teknik untuk mengesan kegagalan yang disebabkan oleh berbasikal haba. Salah satu teknik yang paling biasa adalahUjian X-ray NDT. Ujian sinar-X membolehkan kita melihat di dalam komponen tanpa memusnahkannya. Kita dapat mengesan retak, delaminasi, dan kecacatan dalaman lain yang mungkin disebabkan oleh berbasikal termal.
Teknik lain yang kami gunakan adalah mikroskopi. Mikroskopi optik dan pengimbasan mikroskopi elektron (SEM) boleh digunakan untuk memeriksa permukaan komponen dan mengenal pasti tanda -tanda keretakan keletihan, pembentukan IMC, dan kerosakan lain.
Kami juga melakukan ujian elektrik untuk mengukur sifat elektrik komponen. Ini dapat membantu kita mengesan litar terbuka, litar pintas, dan kegagalan elektrik lain yang mungkin disebabkan oleh berbasikal haba.
Mencegah kegagalan komponen yang disebabkan oleh berbasikal haba
Terdapat beberapa cara untuk mengelakkan kegagalan komponen yang disebabkan oleh berbasikal terma. Satu pendekatan adalah untuk memilih bahan dengan CTE yang sama. Dengan menggunakan bahan dengan CTE yang sama, kita dapat mengurangkan tekanan dalaman yang dicipta semasa berbasikal terma.
Pendekatan lain ialah menggunakan teknik pengurusan terma untuk mengurangkan turun naik suhu dalam komponen. Ini termasuk menggunakan tenggelam haba, peminat, atau peranti penyejukan lain untuk menghilangkan haba dengan lebih berkesan.
Di samping itu, proses reka bentuk dan pembuatan yang betul juga boleh membantu mencegah kegagalan komponen yang disebabkan oleh berbasikal haba. Sebagai contoh, menggunakan teknik pematerian yang betul dapat memastikan sendi solder yang kuat dan boleh dipercayai yang kurang terdedah kepada retak keletihan.
Kesimpulan
Berbasikal termal adalah penyebab utama kegagalan komponen dalam banyak sistem elektronik dan mekanikal. Sebagai pembekal analisis kegagalan komponen, kami memahami mekanisme di sebalik kegagalan ini dan mempunyai kepakaran dan alat untuk mengesan dan mencegahnya. Sama ada anda berurusanAnalisis kegagalan LEDatau ujian IGBT dan semikonduktor, kami dapat membantu anda mengenal pasti punca kegagalan dan menyediakan penyelesaian untuk mencegahnya berlaku lagi.
Jika anda mengalami kegagalan komponen dan mengesyaki bahawa berbasikal haba mungkin menjadi punca, jangan teragak -agak untuk menghubungi kami. Kami berada di sini untuk membantu anda dengan keperluan analisis kegagalan komponen anda dan memastikan kebolehpercayaan dan prestasi produk anda.
Rujukan
- "Kegagalan Analisis Komponen Elektronik" oleh John A. Bentley
- "Pengurusan Thermal dalam Sistem Elektronik" oleh Avram Bar-Cohen dan Ali Boroushaki
- "Buku Panduan Pembungkusan Mikroelektronik" oleh Rao R. Tummala