تحلیل خستگی لحیم در قطعات الکترونیکی

 چرا تحلیل خستگی لحیم اهمیت دارد؟

در تجهیزات الکترونیکی مدرن، به‌ویژه در صنایع حساس مانند خودرو، هوافضا، پزشکی و نظامی، قطعات باید در برابر شرایط محیطی سخت مانند ارتعاش و نوسانات دمایی مقاوم باشند. یکی از نقاط آسیب‌پذیر در این تجهیزات، اتصالات لحیم‌شده است که در اثر خستگی ممکن است دچار ترک و شکست شوند.

در گذشته، آزمایش‌های ارتعاشی در زمینه‌های مختلفی همچون خودرو، حمل‌ونقل ریلی، هوافضا و سایر کاربردهایی که در آن‌ها الکترونیک با بارهای مکانیکی دینامیک مواجه می‌شود، انجام شده است. این تحقیقات عمدتاً برای ارزیابی قابلیت اطمینان اجزا یا سیستم‌ها، تحلیل قابلیت اطمینان اتصالات یا بررسی رفتار خستگی مواد اتصال‌دهنده انجام می‌شد. بیشتر تمرکز تحقیقات بر روی آلیاژهای لحیم‌کاری بوده است. شرایط میدان این کاربردها بارهای مکانیکی و حرارتی ترکیبی را به سیستم‌های الکترونیکی وارد می‌کنند، که تلاش‌های زیادی برای شبیه‌سازی این شرایط در محیط آزمایشگاهی و استخراج نتایج معتبر قابلیت اطمینان صورت گرفته است.

مونتاژ الکترونیکی با استفاده از فناوری نصب سطحی (SMT) با چندین مسئله مواجه است که رسیدگی همزمان به آن‌ها منجر به تولید محصولی می‌شود که می‌توان انتظار داشت در طول عمر طولانی به خوبی عمل کند. در مقالات متعددی به بررسی پارامترهای تولید SMT و تأثیر آن‌ها بر قابلیت اطمینان سیستم پرداخته شده است. داده‌ها نشان می‌دهند که استفاده از پیش‌بینی‌های عمر خستگی می‌تواند بینشی در انتخاب مواد و فرآیندهای صحیح ارائه دهد و تأثیر آن بر قابلیت اطمینان سیستم را روشن کند. شرکت فرنام الکترونیک راهکارهای متعددی را برای پیاده‌سازی SMT به‌عنوان یک فناوری نسبتا جدید انجام داده است.

 روش‌های تحلیل خستگی در تست‌های ارتعاشی و حرارتی

1.  تست ارتعاشی با دامنه و دمای ثابت
2.  تست ارتعاشی پلکانی (Stepped)
3.  ارتعاش همراه با افزایش مرحله‌ای دما
4.  اعمال ارتعاش در چرخه‌های دمایی
5.  تحلیل عمر با مدل‌سازی FEM

تمام این روش‌ها در شرایط مختلف برای بررسی رفتار خستگی لحیم در برابر ارتعاش، دما و تغییرات حرارتی قابل استفاده هستند. داده‌های به‌دست آمده می‌توانند برای مدلسازی عمر قطعه با استفاده از روابط Basquin و Coffin-Manson استفاده شوند.

 کاربردهای صنعتی و نقش کیفیت مونتاژ در نتایج تست

توسعه‌های اخیر در استفاده از قطعات نصب سطحی (SMC) surface-mount components برای مونتاژهای الکترونیکی سبک و با چگالی بالا، علاقه به فناوری نصب سطحی (SMT) را افزایش داده است. این فناوری فرصت‌هایی برای کاهش هزینه‌های قابل توجه و اتوماسیون کارآمد خطوط تولید فراهم می‌آورد، اما همچنین نیاز به درک دقیق‌تری از قابلیت اطمینان مونتاژهای نصب سطحی دارد.

یک مونتاژ نصب سطحی اساساً یک ساختار مرکب است که از سه بخش اصلی تشکیل شده است: برد مدار چاپی (PCB)، مفصل‌های لحیم‌کاری و قطعات نصب سطحی (SMC). در بسیاری از محصولات مصرفی، کامپیوترها، تجهیزات جانبی و الکترونیک خودرو، PCB از نوع اپوکسی/شیشه FR-4 ساخته شده و مفصل لحیم‌کاری از آلیاژهای لحیم 60٪ وزنی Sn، 40٪ وزنی Pb یا 63٪ وزنی Sn، 37٪ وزنی Pb استفاده می‌شود. برخلاف فناوری‌های سنتی سوراخ‌کاری، SMT از قطعات نصب سطحی کوچک‌تری استفاده می‌کند که مستقیماً به سطح پد PCB لحیم می‌شوند. بنابراین، مفصل لحیم‌کاری تنها وسیله مکانیکی برای اتصال SMC به PCB است و یکپارچگی این مفصل‌ها یکی از مسائل حیاتی در توسعه SMT است.

آزمایشات زیادی در زمینه خستگی SMT در آزمایشگاه‌های مختلف انجام شده است. طبق نتایج این آزمایشات، مهم‌ترین عامل مؤثر بر خستگی SMT، خستگی دوره‌ای کوتاه است که ناشی از سیکل‌های حرارتی است. با این حال، اثرات بارگذاری دینامیکی بر عمر خستگی مفصل لحیم‌کاری به‌طور کامل بررسی نشده است. در واقع، خستگی دوره‌ای بلند ناشی از لرزش می‌تواند تأثیر قابل توجهی داشته باشد.

نتایج بسیاری از آزمایشات نشان می‌دهند که عوامل مختلفی (شامل طراحی ساختارهای الکترونیکی، بارهای خارجی، شکل چیپ‌ها، موقعیت چیپ‌ها در PCB، ویژگی‌های دینامیکی ساختار الکترونیکی و PCB، شکل مفصل لحیم‌کاری Sn–Pb، موقعیت مفصل لحیم‌کاری Sn–Pb در PCB و غیره) بر خستگی SMT تأثیر دارند، حتی زمانی که مفصل لحیم‌کاری Sn–Pb در دمای معمولی و شتاب لرزشی پایین قرار دارد.

در آزمایش‌ها مشخص شد که در دمای بالا، ترک‌های لحیم سریع‌تر ایجاد می‌شوند. همین موضوع اهمیت مونتاژ با کیفیت بالا و استفاده از خدمات لحیم‌کاری حرفه‌ای SMT و THT را دوچندان می‌کند. شرکت فرنام الکترونیک با تجربه در پروژه‌های صنعتی، دانشگاهی و OEM آماده ارائه خدمات دقیق، تمیز و مطابق با استانداردهای جهانی است.

 نتیجه‌گیری

با ترکیب تست‌های دقیق ارتعاشی-حرارتی و مونتاژ حرفه‌ای، می‌توان اطمینان حاصل کرد که بردهای الکترونیکی در برابر شرایط واقعی عملکرد مطلوبی خواهند داشت. فرنام الکترونیک به‌عنوان یکی از برترین ارائه‌دهندگان خدمات مونتاژ برد الکترونیکی SMT و THT در ایران، آماده همکاری در کلیه مراحل تولید و تست می‌باشد.

چرا فرنام الکترونیک را انتخاب کنیم؟

• مونتاژ دقیق قطعات SMD و THT
• کنترل کیفیت چندمرحله‌ای در فرآیند لحیم‌کاری
• استفاده از دستگاه‌های پیشرفته AOI و wave solder
• همکاری با شرکت‌ها و دانشگاه‌های معتبر در پروژه‌های تحقیقاتی
• پشتیبانی فنی و خدمات سفارشی بر اساس نیاز پروژه