ترک خوردگی بدنه مقاومت چیپ مونتاژ برد مدار چاپی TB 26-10

برای اطلاعات بیشتر، با جوئل دبلیو سیلز، مرکز تحقیقات لانگلی، joel.w.sills@nasa.gov تماس بگیرید.

PDF را از اینجا دانلود کنید

مقاومت های تراشه ای به طور گسترده در پروژه های ناسا استفاده می شوند، با این حال موارد ترک خوردگی بستر آلومینا در طول آزمایش های زیست محیطی نادر است. دو مورد از ترک خوردگی مقاومت تراشه لایه ضخیم در طول چرخه حرارتی پس از ارتعاش مشاهده شد، با شکستگی در سراسر محور کوتاه به دلیل خم شدن. تجزیه و تحلیل شکست، تعداد زیادی معیوب و خستگی را رد کرد، خم شدن برد، جهت گیری اجزا، لحیم کاری بیش از حد، و تنش های نصب را به عنوان عوامل کمک کننده شناسایی کرد.

این بولتن قرار دادن دقیق اجزا، تجزیه و تحلیل اجزای محدود، ارتفاع فیله لحیم کاری کنترل شده، بازرسی کامل، و آزمایش شوک حرارتی عملکردی را برای کاهش خطرات ترک خوردگی ناشی از خمش در اجزای بدنه سرامیکی روی بردهای مدار چاپی توصیه می‌کند.

پس زمینه NESC به کمبود تاریخی موارد گزارش شده از ترک خوردگی زیرلایه آلومینا مقاومت های تراشه در طول ارتعاش و چرخه حرارتی اشاره کرد، اگرچه مقاومت های تراشه در همه پروژه های ناسا وجود دارد. دو مورد از ترک خوردگی بدنه مقاومت تراشه فیلم ضخیم در طول آزمایش پذیرش محیطی بر روی مجموعه‌های برد مدار چاپی مشاهده شد. هر دو خرابی در طول چرخه حرارتی پس از آزمایش ارتعاش رخ داده است، و شکست‌های متناوب مدار باز را در دماهای خانه داغ نشان می‌دهند که در دمای اتاق بهبود می‌یابند.

شکست عرضی در وسط دهانه هر مقاومت، موازی با پایانه ها رخ داد. این دو مقاومت در مکان های مشابه نزدیک لبه تخته ها روی دو تخته یکسان نصب شدند. ترک‌ها در مقاومت‌های شکست خورده در امتداد محور کوتاه مقاومت به دلیل خمش ظاهری مقاومت‌ها بود.

روابط علت و معلولی تئوری های اولیه به آسیب ناشی از ارتعاش مقاومت های بالقوه معیوب اشاره می کنند زیرا هر دو مقاومت از یک محصول تولید می شوند. با این حال، مقدار مقاومت نه تنها الزامات مشخصات خرید MIL-PRF-55342 را برآورده می‌کند، بلکه آزمایش‌های اضافی انجام شد و هیچ شواهد مستقیمی از معیوب بودن مقدار مقاومت نشان نداد. هیچ مدرکی دال بر افزایش خطر مقاومت های معیوب در لات تولیدی وجود نداشت.

تجزیه و تحلیل شکست تجزیه و تحلیل شکست مستقل به این نتیجه رسید که مقاومت های تراشه ترک خورده به دلیل شکست خمشی/کششی است. هیچ علت ریشه ای مشخص یا نقص قابل مشاهده ای وجود نداشت که محل شروع ترک را شناسایی کند. هر دو مقاومت یک ترک منفرد و مستقیم در سرتاسر محور کوتاه (عمود بر محور بلند) نشان دادند که نشان دهنده شکست خمشی/کششی بدون پیچش است.

نشانه های آسیب با خستگی چرخه ای سازگار نیست، احتمالا شکست خستگی در طول ارتعاش را رد می کند. بعلاوه، میکروسکوپ الکترونی روبشی و نوری مستقل NESC (SEM)، شکل 2، هر دو مقاومت، هیچ محل نقص واضحی را برای شروع و پیشرفت آسیب خستگی شناسایی نکرد. بنابراین احتمال معیوب بودن مقاومت ها و همچنین لرزش خستگی به عنوان علت اصلی بعید می شود.

نتیجه گیری علت هیچ دلیل ریشه‌ای مستقیم شناسایی نشد، اما عوامل مؤثری که منجر به افزایش توجه طراحی مورد نیاز برای اجزای سرامیکی با ردپای بزرگ واقع در نزدیکی لبه‌های یک برد مدار چاپی می‌شود که می‌تواند منجر به ترک‌های استرسی ناشی از ساخت یا پیچش یا پیچش نصب و راه اندازی برد مدار چاپی شود، عبارتند از:

محل قرارگیری مقاومت‌های نسبتا بزرگ (اندازه کیس 2512) در کنار لبه برد با محور طولانی مقاومت موازی با لبه کارت، حساسیت به آسیب ناشی از خمش برد را افزایش می‌دهد.

لحیم کاری بیش از حد که به لنت های بالایی در انتهای مقاومت کشیده شده است.

لنگرهای خمشی زیاد یا بارهای ناشی از کمان/پیچش تخته.

نصب سخت تخته روی یک قاب سفت و سخت، که می تواند این تنش های کمان/پیچش را ذخیره و تقویت کند.

الگوهای گشتاور بست غیربهینه، که ممکن است تنش های نصب را به طور خاص در مکان های مقاومت متمرکز کند.

دستورالعمل‌های مونتاژ اجزای بدنه سرامیکی به تابلوهای مدار چاپی با توجه به تجربه اخیر، دستورالعمل های زیر باید در نظر گرفته شوند.

جهت گیری اجزاء: از جهت دهی محور طولانی قطعات سرامیکی با ردپای بزرگ به موازات لبه های برد مدار چاپی مجاور خودداری کنید تا حساسیت به آسیب خمشی کلی و محلی کاهش یابد.

تجزیه و تحلیل المان محدود: تجزیه و تحلیل المان محدود کافی برای نشان دادن تنش و حاشیه جابجایی کافی بر روی اجزای بزرگ زمانی که باید در نزدیکی لبه تخته قرار گیرند انجام دهید.

محدودیت های فیله اتصال لحیم کاری: لحیم کاری را از سطح بالایی پایانه ها دور نگه دارید. لحیم کاری در بالا یک اتصال سفت و سخت ایجاد می کند که خمش برد مدار چاپی را مستقیما به سرامیکی منتقل می کند که خطر ترک خوردن ناشی از خمش را افزایش می دهد. برای راهنمایی با تک تک سازنده‌های قطعات مشورت کنید، زیرا ممکن است محدودیت‌های خاصی برای ارتفاع فیله لحیم ایجاد کنند.

بازرسی اتصالات لحیم کاری: اتصالات لحیم کاری فیزیکی را بررسی کنید یا تصاویر عکاسی اتصالات را بررسی کنید تا مطمئن شوید که قطعات دارای فیله های لحیم کاری کافی، اما نه بیش از حد، مطابق با محدودیت های سازنده هستند.

تست شوک حرارتی عملکردی: یک تا سه چرخه حرارتی، از جمله آزمایش عملکردی داغ، قبل از آزمایش ارتعاش، انجام دهید تا به عنوان یکپارچگی اجزای ساخته شده ثبت شود.

مراجع 1. مقاومت MIL-PRF-55342، تراشه، ثابت، فیلم، قابلیت اطمینان ناپایدار، قابلیت اطمینان ثابت، سطح فضا 2. مقاومت MIL-PRF-55342/9، ثابت، فیلم، تراشه، قابلیت اطمینان ناپایدار، قابلیت اطمینان تثبیت شده، سطح فضا، سبک RM2512 3. MIL-STD-202 Method 218 Board Flex