Rajah 1.Dalam pemasangan berikat-dawai, pasu epoksi tegar menggunakan tekanan pengecutan sembuh secara sisi merentasi gelung wayar ikatan. Tegasan tertumpu pada tumit ikatan - keratan rentas-yang paling lemah dalam wayar - dan kegagalan muncul selepas berbilang kitaran haba, bukan pada ujian awal.
Spesifikasi memerlukan kompaun pasu epoksi kalis api-nyalaan. Sistem modulus-tegar dan tinggi telah dipilih - dengan baik-dicirikan, UL-disenaraikan, Tg yang didokumenkan dan kekuatan dielektrik. Pasukan kejuruteraan yakin dengan pilihan bahan. Enam bulan selepas pengeluaran, kegagalan ikatan wayar mula muncul dalam unit yang dikembalikan. Bukan semua unit yang dikembalikan - kira-kira 3% daripada penghantaran dari julat tarikh tertentu. Analisis keratan rentas-menunjukkan patah dawai ikatan di bahagian tumit, tanpa bukti lebihan-kejutan semasa atau mekanikal. Metalurgi wayar adalah normal. Die attach masih utuh. Kekuatan tarikan ikatan pada bahan masuk adalah dalam spesifikasi.
Perkara yang tidak ditemui oleh penyiasatan - kerana ia tidak terdapat dalam senarai semak analisis kegagalan - ialah keretakan berlaku pada tumit gelung ikatan kerana epoksi tegar sembuh dan mengecut di sekeliling wayar, menarik gelung ke sisi semasa ia mengecut, menumpukan tegasan tepat pada tumit tempat wayar melintasi-bahagian ikatan FAB daripada wayar beralih daripada bahagian badan- Bahan itu bukan pengilang yang salah. Ia adalah modulus yang salah.
Kebanyakan kegagalan lesu sambungan pateri dan ikatan wayar dalam pemasangan pasu dijana oleh enkapsulan, bukan oleh sambungan. Enkapsulan menggunakan tekanan. Menukar geometri sambungan, aloi atau diameter wayar tidak menangani sumber tegasan yang berada di luar sambungan.
Apa yang Dilakukan Epoksi Tegar Semasa Penyembuhan
Apabila dua-sistem epoksi komponen dicampur dan disalurkan ke dalam rongga yang mengandungi komponen elektronik, tindak balas-paut silang yang menghasilkan pepejal diawet juga menghasilkan pengecutan isipadu. Bagi kebanyakan sistem pasu epoksi tegar, pengecutan linear berada dalam julat 0.2–1.0%. Secara mutlak, 0.5% pengecutan linear merentasi bahagian 30 mm sembuh bermakna 150 μm pengecutan. Penguncupan ini dikekang oleh komponen tertanam dan dinding rongga, yang tidak bergerak. Resin tidak boleh mengecut dengan bebas - ia dipegang oleh lekatannya pada semua permukaan yang dibasahi. Hasilnya ialah medan tegasan yang diedarkan ke seluruh volum terubat, dengan tegasan puncak pada ciri paling tegar: petunjuk komponen, ikatan wayar, sudut peranti dan antara muka{13}}kepada{14}}perumahan.
Dalam sistem modulus-tinggi yang tegar (Shore D 75–95), polimer yang diawet tidak boleh berubah bentuk dengan ketara untuk melegakan tekanan ini. Medan tegasan yang telah ditetapkan semasa pemulihan kekal dalam bahagian yang telah sembuh sebagai beban-terkunci. Setiap komponen terbenam dan setiap antara muka yang bersentuhan dengan pasu berada di bawah tekanan statik yang berterusan daripada enkapsulan yang telah diawet - sebelum sebarang beban perkhidmatan, sebelum sebarang kitaran haba, sebelum sebarang getaran.
Magnitud tegasan ini bergantung pada magnitud pengecutan, modulus epoksi yang diawet, modulus substrat dan komponen, dan geometri. Untuk sistem pasu tegar biasa pada papan litar dengan komponen-lubang dan SMT, pulihkan tegasan pengecutan pada antara muka sambungan pateri boleh mencapai 5–15 MPa - jauh di bawah kekuatan tegangan muktamad sambungan, tetapi mencukupi untuk mengurangkan hayat kelesuannya apabila digabungkan dengan beban servis.
Penguatan Berbasikal Terma
Tekanan pengecutan penawar ialah beban statik. Berbasikal terma adalah beban dinamik. Dalam perkhidmatan, setiap perjalanan suhu dari suhu penawar menjana tegasan tambahan pada setiap antara muka di mana CTE epoksi berbeza daripada CTE bahan bersebelahan. Amplitud tegasan setiap kitaran bergantung pada ketidakpadanan CTE, magnitud pengembaraan suhu dan kekakuan bahan.
Untuk epoksi tegar (CTE ~50–70 ppm/ darjah di bawah Tg) yang diikat pada FR-4 PCB (CTE ~14–18 ppm/ darjah dalam-satah, ~60–80 ppm/ darjah keluar-daripada-satah), bingkai plumbum kuprum (CTE darjah ~17 badan) ~7–10 ppm/ darjah ), dan penutup aluminium (CTE ~23 ppm/ darjah ), ketidakpadanan CTE pada setiap antara muka menjana tegasan ricih semasa setiap perubahan suhu. Dalam enkapsulan tegar, tegasan ricih ini tidak boleh dilepaskan dengan ubah bentuk enkapsulan - ia dihantar ke antara muka paling lemah dalam laluan beban.
Antara muka yang paling lemah bergantung pada geometri pemasangan. Dalam modul berikat{1}}wayar, ia lazimnya ialah tumit ikatan atau ikatan kedua (ikatan baji). Dalam-pasangan SMT nada yang halus, ia ialah sambungan pateri di sudut-kebanyakan kedudukan komponen, di mana kesipian dari titik neutral adalah tertinggi. Dalam pemasangan gegelung atau pengubah dengan bahan logam campuran, ia adalah antara muka perumah epoksi-ke-di mana ketidakpadanan CTE antara isian, wayar dan penutup menghasilkan ricih tertinggi.
Kesan gabungan mengubati tekanan statik pengecutan ditambah tekanan haba kitaran menentukan hayat keletihan sendi. Istilah tekanan pengecutan penawar meningkatkan tahap tekanan min. Istilah kitaran haba menyediakan amplitud kitaran. Kedua-duanya menyumbang kepada permulaan retak; kadar perambatan retak bergantung pada kedua-dua istilah.
Mengapa Garis Masa Kegagalan Menyebabkan Pengecaman Salah
Tekanan-kegagalan pemindahan yang didorong oleh pasu epoksi tegar tidak muncul serta-merta selepas sembuh. Kiraan kitaran permulaan retak bergantung pada amplitud tegasan gabungan, yang merupakan fungsi geometri dan bahan. Dalam pemasangan biasa, kegagalan muncul selepas 100-500 kitaran haba dalam perkhidmatan, atau selepas beberapa bulan hingga setahun pendedahan getaran berterusan. Garis masa ini menyebabkan kesilapan pengecaman yang konsisten:
Pada ujian awal- pemasangan melepasi semua pemeriksaan elektrik, hi-periuk dan pemeriksaan visual. Tegasan pengecutan penawar ada tetapi di bawah ambang permulaan retak. Tiada kegagalan dikesan.
Pada penggunaan awal lapangan- pemasangan berfungsi seperti biasa. Kitaran haba terkumpul belum mencapai ambang permulaan retak. Tiada kegagalan dikesan.
Pada 3–12 bulan dalam perkhidmatan- kegagalan mula muncul. Siasatan tertumpu pada komponen atau sendi yang gagal, bukan pada enkapsulan. Kekuatan tarik ikatan wayar pada unit yang dikembalikan mungkin memenuhi spesifikasi masuk kerana wayar yang tidak gagal adalah utuh - populasi statistik wayar yang gagal sudah berada dalam unit yang gagal.
Semasa analisis kegagalan- keratan rentas-menunjukkan keretakan pada tumit ikatan atau antara muka sambungan pateri. Penyiasatan mengaitkan ini dengan kelesuan metalurgi, yang secara teknikalnya tepat - perambatan retakan keletihan ialah mod kegagalan akhir - tetapi mengetepikan punca utama: amplitud tegasan tinggi daripada enkapsulan tegar.
Pengenalpastian punca yang betul memerlukan membandingkan kadar kegagalan dan corak lokasi retak dengan apa yang dijangka daripada medan tegasan yang dikira dalam geometri pasu. Retakan yang bermula pada lokasi tekanan tinggi-yang boleh diramal (tumit ikatan dalam wayar-modul terikat, komponen penjuru dalam tatasusunan SMT, pintu keluar plumbum dalam gegelung pasu) diedarkan secara seragam merentas populasi - dan bukannya secara rawak di lokasi rawak - adalah konsisten dengan sumber tegasan sistematik dalam enkapsulan.
Apa Enkapsulan Modulus{0}} Rendah Berbeza
Epoksi separa-fleksibel dengan Shore A 80–90 dan pemanjangan kira-kira 140% bertindak balas untuk menyembuhkan pengecutan dan tekanan kitaran haba dengan mengubah bentuk, dan bukannya memindahkan tegasan kepada komponen terbenam. Modulus bahan Shore A 80 adalah lebih kurang dua urutan magnitud lebih rendah daripada Shore D 80 - dengan cara yang sama seperti gelang getah dan rod keluli bertindak balas secara berbeza kepada daya yang dikenakan yang sama. Gelang getah berubah bentuk. Batang keluli menghantar daya.
Apabila enkapsulan-modulus rendah sembuh dan mengecut, ia tidak boleh menghasilkan tekanan tinggi pada antara muka terbenam kerana kekakuannya tidak mencukupi untuk mengekalkan medan tegasan yang besar. Pengecutan berlaku, tetapi resin berubah bentuk untuk menampungnya daripada menghantar beban penguncupan ke komponen bersebelahan. Keadaan tegasan sisa dalam bahagian yang diawet adalah jauh lebih rendah daripada dalam sistem tegar dengan peratusan pengecutan yang sama.
Semasa kitaran haba, sistem modulus-rendah berubah bentuk untuk menampung pergerakan CTE pembezaan antara epoksi dan bahan terbenam. Tegasan ricih pada antara muka dikurangkan kerana enkapsulan bergerak dengan substrat dan bukannya menentangnya. Ketidakpadanan CTE masih wujud - bahan tidak berubah - tetapi tegasan yang terhasil daripada ketidakpadanan itu diserap oleh ubah bentuk enkapsulan dan bukannya dipindahkan ke sendi.
Ini ialah asas kejuruteraan untuk menentukan sistem separa-fleksibel. Bukannya sistem separa-fleksibel menjadikan pemasangan lebih kuat. Sistem separa-fleksibel mengalihkan ekapsulan sebagai sumber tegasan, membolehkan pemasangan beroperasi di bawah keadaan beban yang direka bentuk tanpa beban tambahan yang dikenakan daripada kompaun pasu.
Rajah 2.Epoksi tegar tidak boleh berubah bentuk untuk menampung pengecutan penawar - tegasan dihantar ke antara muka paling lemah dalam laluan beban. Sistem separa-fleksibel dengan ~140% pemanjangan berubah bentuk, mengalihkan enkapsulan sebagai sumber tegasan tanpa mengubah geometri sambungan.
Pertukaran-Modul Rendah: Perkara Separa-Fleksibel Tidak Boleh Lakukan
Sifat yang menjadikan sistem separa-fleksibel berkesan untuk melegakan tekanan adalah sifat yang sama yang menjadikannya tidak sesuai untuk aplikasi yang memerlukan ketegaran mekanikal, sokongan struktur atau prestasi terma yang agresif:
Kestabilan dimensi di bawah beban mekanikal yang berterusan.Shore A 80–90 akan menjalar di bawah beban mampatan atau ricih yang berterusan. Jika pemasangan pasu dihalang secara mekanikal oleh penekan-pin muat, kurungan-ke bawah yang menggunakan daya mampan atau penyambung yang menghantar daya sisipan ke kawasan pasu, matriks separa-fleksibel akan berubah bentuk dari semasa ke semasa. Epoksi tegar diperlukan untuk aplikasi galas-beban.
Kekonduksian terma.Sistem separa-fleksibel mempunyai kekonduksian terma dalam julat yang sama seperti sebatian pasu tegar standard - biasanya 0.5–0.7 W/m·K. Jika reka bentuk memerlukan lapisan pasu untuk mengalirkan haba daripada komponen-melesap kuasa ke permukaan penyejukan, sistem separa-fleksibel pada tahap kekonduksian ini tidak akan memberikan peningkatan haba yang bermakna. Sistem tegar pengalir haba (1.0–1.5 W/m·K) diperlukan.
Tingkah laku bahagian-tebal.Sifat pemanjangan yang menjadikan sistem separa-fleksibel berguna untuk melegakan tekanan disertakan dengan penjanaan haba eksotermik yang lebih tinggi bagi setiap unit isipadu di tengah tuangan tebal, kerana tahap pemangkin yang lebih tinggi yang diperlukan untuk penyembuhan suhu bilik-menghasilkan tindak balas yang lebih cepat. Curahan volum yang besar di bahagian dalam boleh menghasilkan haba eksotermik yang mencukupi untuk menyebabkan suhu berlebihan setempat. Ketebalan bahagian dan isipadu tuang hendaklah disahkan sebelum pengeluaran.
Merayap pada suhu perkhidmatan atas.Sistem Shore A 80–90 yang beroperasi berhampiran had suhu perkhidmatan atasnya (100 darjah untuk sistem separa -fleksibel biasa) akan mempamerkan kadar rayapan yang lebih tinggi daripada sistem tegar pada suhu yang sama. Aplikasi yang memerlukan ketepatan dimensi di bawah beban terma hendaklah menggunakan sistem Tg-yang tegar dan tinggi.
Syarat Permohonan Di mana Modulus Enkapsulan Adalah Kriteria Pemilihan yang Mentadbir
Keadaan pemasangan berikut menunjukkan bahawa mekanisme pemindahan-tegasan ialah risiko kegagalan yang mengawal, dan modulus enkapsulan - dan bukannya kekuatan dielektrik, kekonduksian terma atau Tg - harus mendorong pemilihan bahan:
Modul berikat-dawai (dawai emas atau tembaga, ikatan bola atau baji) yang disertakan dalam sebatian pasu tegar, beroperasi di bawah kitaran haba atau getaran.
Himpunan-pic SMT halus (pic 0.5 mm atau lebih halus) dengan berbilang jenis komponen yang mempunyai pasif seramik - CTE berbeza, bungkusan polimer dan{3}}aruh badan logam dalam kawasan pasu yang sama.
PCB dengan bahagian nipis, tidak disokong atau substrat fleksibel yang disertakan dalam pasu tegar - perbezaan ketegaran antara substrat dan pasu menjana tegasan antara muka yang tinggi semasa pengawetan.
Pemasangan teras ferit (pengubah, induktor, mod-tercekik biasa) di mana CTE jasad ferit (~10 ppm/ darjah ) berbeza dengan ketara daripada CTE epoksi sekeliling (~50–70 ppm/darjah ).
Pemasangan dalam persekitaran getaran berterusan (automotif, pemacu motor industri, lekapan luar) di mana beban kitaran kumulatif adalah pemacu kegagalan yang dominan.
Sebarang pemasangan yang sejarah kegagalan sebelumnya menunjukkan keretakan, bukaan terputus-putus atau penepian yang berkait dengan kiraan kitaran haba dan bukannya dengan peristiwa tekanan berlebihan tertentu.
Pemilihan Modulus sebagai Keputusan Reka Bentuk, Bukan Lalai
Proses pemilihan standard untuk sebatian pasu epoksi dalam kebanyakan aliran kerja perolehan B2B bermula dengan penarafan nyalaan (UL 94 V-0), beralih kepada kekuatan dielektrik, dan kemudian menilai jadual penyembuhan dan Tg. Modulus dan pemanjangan selalunya disenaraikan terakhir dalam TDS dan jarang ditimbang berat dalam pemilihan awal. Pesanan ini mencerminkan jujukan keperluan pematuhan - penarafan nyalaan dimandatkan secara sah, kekuatan dielektrik boleh diukur, modulus tiada dalam kebanyakan piawaian peralatan.
Akibatnya ialah pemasangan dengan struktur sensitif mekanikal secara rutin ditaburi dengan sebatian modulus-tinggi yang tegar kerana tiada get pilihan yang menanyakan soalan modulus. Spesifikasi lulus semakan pematuhan. Kegagalan muncul di lapangan. Siasatan tidak kembali kepada proses pemilihan.
Pendekatan yang betul ialah menambah analisis tegasan mekanikal pada peringkat reka bentuk awal - sebelum pemilihan kompaun pasu dibuat. Soalan "apakah tekanan yang digunakan oleh enkapsulan ini pada pemasangan semasa rawatan dan perkhidmatan?" mesti dijawab sebelum menentukan bahan, bukan selepas medan pertama kembali.
Ini memerlukan mengetahui anggaran pengecutan sebatian calon, modulus sistem diawet, CTE substrat dan komponen, dan geometri bahagian pasu. Tiada satu pun daripada ini memerlukan analisis unsur terhingga - anggaran tertib pertama-daripada sifat bahan dan geometri memadai untuk menentukan sama ada pemindahan tegasan berkemungkinan menjadi mekanisme kegagalan yang mengawal sebelum pemilihan bahan dimuktamadkan.
Produk Berkaitan untuk Tekanan-Potting Pemasangan Sensitif
E759/H759 ialah dua-komponen, sebatian pasu epoksi separa-fleksibel dengan Shore A 80–90 dan lebih kurang 140% pemanjangan semasa putus. Ia adalah UL 94 V-0 yang diperakui di bawah Fail UL E120665 pada ketebalan minimum 1.58–1.74 mm. Julat suhu perkhidmatan ialah –30 darjah hingga +100 darjah . Nisbah campuran ialah 100:30 mengikut berat; hayat periuk adalah lebih kurang 60 minit untuk jisim 60 g pada 25 darjah . Penyembuhan adalah mengikut suhu bilik (7 hari pada 25 darjah ) atau dipercepatkan haba (50–60 darjah × 2 jam + 80 darjah × 2 jam).
Adalah sesuai apabila risiko yang dominan ialah pemindahan tegasan mekanikal - kelesuan ikatan wayar, keretakan sambungan pateri, CTE-penyelarasan tidak padan atau patah akibat getaran-. Ia tidak sesuai untuk memuatkan-pasu struktur galas, pengurusan terma fluks-haba-tinggi atau pemasangan yang memerlukan ketegaran Shore D untuk toleransi dimensi. Pemilihan hendaklah disahkan pada spesimen wakil di bawah profil kitaran haba sebenar aplikasi.
→ 🔗E759/H759 Halaman Produk - Data Teknikal, Pensijilan UL, Nota Permohonan
Soalan Kejuruteraan Utama
Bagaimanakah saya menganggarkan sama ada pemindahan tekanan berlaku dalam pemasangan semasa saya?
Anggaran pesanan pertama-boleh dibuat daripada pengecutan sebatian pasu (daripada TDS, biasanya disenaraikan sebagai % pengecutan linear), modulus sistem diawet (dikaitkan dengan Shore D - Shore D 80 sepadan dengan kira-kira 1,500–2,500 modulus tegangan MPa bahagian pasu). Tegasan pada antara muka tertanam tegar adalah lebih kurang E × ε, di mana E ialah modulus epoksi dan ε ialah terikan pengecutan terkekang. Jika nilai yang terhasil ialah pecahan ketara daripada had kelesuan sambungan pateri atau ikatan wayar, pemindahan tegasan berkemungkinan berlaku. Ini ialah anggaran kasar - butiran geometri dan laluan beban mempengaruhi tegasan sebenar dengan ketara - tetapi ia mengenal pasti sama ada mekanisme itu memerlukan analisis terperinci atau pengesahan percubaan sebelum memuktamadkan pemilihan bahan.
Jika pemasangan pada masa ini menggunakan epoksi tegar dan mempunyai sejarah kegagalan medan yang konsisten dengan pemindahan tegasan, apakah urutan penilaian yang betul untuk alternatif separa-fleksibel?
Mulakan dengan mengesahkan mekanisme kegagalan melalui analisis bahagian-rentas unit yang dikembalikan - lokasi permulaan retak, laluan perambatan retak dan korelasi dengan kiraan kitaran haba. Kemudian hasilkan spesimen ujian pemasangan sebenar dengan calon separa -fleksibel pada jadual geometri dan penyembuhan yang sama dan jalankan kitaran haba dipercepatkan kepada kiraan kitaran yang meliputi julat kegagalan yang sama yang diperhatikan dalam medan (biasanya 2–5× kiraan kitaran tempat kegagalan medan pertama kali muncul). Bandingkan kadar kegagalan dan lokasi permulaan retak antara spesimen tegar dan separa-fleksibel. Proses ini mengambil masa 4-8 minggu bergantung pada ketersediaan peralatan kitar haba, tetapi ia adalah satu-satunya asas yang boleh dipercayai untuk keputusan perubahan material. Perbandingan helaian data sahaja tidak meramalkan{12}}tingkah laku perkhidmatan untuk mekanisme kegagalan ini.
Adakah sistem modulus-yang lebih rendah memberikan kurang perlindungan alam sekitar berbanding sistem tegar?
Sistem separa-fleksibel di Shore A 80–90 mengekalkan fungsi perlindungan alam sekitar - ia mengelak pemasangan terhadap kemasukan lembapan, menyediakan penebat elektrik dan memenuhi prestasi nyalaan UL 94 V-0. Apa yang tidak disediakan ialah ketegaran mekanikal - ia akan berubah bentuk di bawah beban mampatan yang berterusan. Untuk perlindungan alam sekitar dalam aplikasi tidak-beban-, Shore A 80–90 adalah memadai. Perbandingan yang penting ialah sama ada pengurangan modulus dari Shore D ke Shore A adalah relevan untuk pemuatan mekanikal khusus yang akan dilihat oleh pemasangan dalam perkhidmatan, bukan sama ada sistem separa fleksibel memberikan "kurang perlindungan" dalam erti kata abstrak.
Langkah Seterusnya - Hubungi Fong Yong Chemical
