تخمین عمر خستگی کم چرخه و محاسبه احتمال واماندگی بورد الکترونیکی فضایی تحت بارگذاری سیکلی حرارتی

سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: فارسی
مشاهده: 39

فایل این مقاله در 20 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JSRC-5-2_004

تاریخ نمایه سازی: 17 مهر 1405

چکیده مقاله:

یکی از چالش برانگیزترین مسائل در طراحی و ساخت بوردهای الکترونیکی فضایی، پدیده خستگی ناشی تنش های حرارتی - مکانیکی در اتصالات لحیم می باشد. خستگی حرارتی - مکانیکی به دلیل تنش های ناشی از تغییرات مکرر دما و تفاوت در خواص حرارتی و مکانیکی مواد مختلف رخ می دهد و می تواند باعث شکست یا واماندگی قسمتی از لحیم بورد الکترونیکی گردد. هرگونه واماندگی و شکست در اتصالات لحیمی می تواند باعث از دست رفتن عملکرد بورد الکترونیکی گردد و لذا بایستی این پدیده به صورت کامل در طراحی بوردهای الکترونیکی لحاظ گردد. در این مقاله، یک بورد الکترونیکی شش لایه با دویست المان الکترونیکی و پکیج های BGA، Leaded و LCCC مورد بررسی قرار گرفته است و تخمین عمر خستگی و احتمال واماندگی آن تحت تاثیر پروفیل های حرارتی فضایی به صورت تحلیلی و عددی محاسبه شده است. در محاسبات تخمین عمر سه نوع جنس لحیم PB۹۰SN۱۰، SAC۳۰۵ SN۱۰۰C, مورد بررسی قرار گرفته است و عمر بورد الکترونیکی و احتمال واماندگی برای هریک از این جنس ها محاسبه شده است. در این مقاله از مدل مبتنی بر انرژی کرنشی جهت محاسبات عددی تخمین عمر استفاده شده است. عوامل اصلی موثر بر خستگی در اتصالات لحیم از جمله پروفیل های حرارتی، طراحی قطعه، خواص مواد و ویژگی های بورد مدار چاپی به طور کامل بررسی و تاثیر آن ها در عمر بورد الکترونیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که مقاومت در برابر ترک خوردگی و توزیع تنش های مکانیکی در پیکربندی های بررسی شده به شدت بر عمر سیستم تاثیر می گذارد. تحلیل های عددی و آماری انجام شده با مدل ویبول دو متغیره، رابطه میان ضریب انبساط حرارتی، ساختار لایه ای برد مدار چاپی و مقاومت مکانیکی لحیم ها را آشکار می سازد. در نهایت، نشان داده می شود که لحیم SAC۳۰۵ در پیکربندی BGA بهترین عملکرد را از لحاظ تعداد چرخه های حرارتی تا شکست ارائه می دهد، در حالی که LCCC دارای حساسیت بالاتری به خستگی است. نتایج عددی استخراج شده در این مقاله با نتایج تحلیلی مورد صحت سنجی قرار گرفت و مشاهده گردید که روش عددی استفاده شده با دقت بسیار بالای قابلیت تخمین عمر خستگی بوردهای الکترونیکی را دارد. این یافته ها می توانند بهبود طراحی بوردهای الکترونیکی در کاربردهای فضایی را تسهیل کنند.

نویسندگان

امیرحسین رهبر

دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران

سید محمد نوید قریشی

پژوهشکده سامانه های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • T. Y. Tee, J. E. Luan, E. Pek, C. T. ...
  • A. Goel and R. J. Graves, “Electronic system reliability: Collating ...
  • M. A. Gharaibeh and J. M. Pitarresi, “Random vibration fatigue ...
  • Z. Khaji, M. Fakoor, S. Shakhesi, ” Investigating the fracture ...
  • E. Suhir, “Failure oriented accelerated testing (FOAT), Boltzmann–Arrhenius–Zhurkov equation (BAZ), ...
  • E. Suhir, “Aerospace electronics reliability prediction: Application of two advanced ...
  • J. Harikumaran, G. Buticchi, G. Migliazza, V. Madonna, P. Giangrande, ...
  • F. Hou, X. Zhang, X. Guo, H. Xie, Y. Lu, ...
  • H. Xiao, D. Luo, and H. Wang, “Research on damage-mechanism-based ...
  • S. Shao, D. Liu, Y. Niu, K. O'Donnell, D. Sengupta, ...
  • C. Basaran and R. Chandaroy, “Using finite element analysis for ...
  • M. P. Rodriguez and N. Y. A. Shammas, “Finite element ...
  • J. Lau, Ed., Thermal Stress and Strain in Microelectronics Packaging. ...
  • K. Weide, “Impact of FEM simulation on reliability improvement of ...
  • R. Ghaffarian, “Accelerated thermal cycling and failure mechanisms for BGA ...
  • R. Ghaffarian, “CCGA packages for space applications,” Microelectron. Reliab., vol. ...
  • A. Lambert, A. Mian, J. Hogan, T. Kaiser, and B. ...
  • T.-Y. Park, J.-C. Park, and H.-U. Oh, “Evaluation of structural ...
  • J. Parry, C. Bailey, and C. Aldham, “Multiphysics modelling for ...
  • Y. Wang, H. Liu, L. Huo, H. Li, W. Tian, ...
  • Z. Wang, C. L. Bak, H. Wang, H. Sørensen, and ...
  • H. Köck, S. Eiser, and M. Kaltenbacher, “Electrothermal multiscale modeling ...
  • W. Engelmaier, “The use environments of electronic assemblies and their ...
  • D. P. Duffek, “Effects of combined thermal and mechanical loading ...
  • H.-C. Cheng, K.-N. Chiang, C.-K. Chen, and J.-C. Lin, “A ...
  • R. Dudek, M. Hildebrandt, K. Kreyßig, S. Rzepka, R. Döring, ...
  • W. W. Lee, L. T. Nguyen, and G. S. Selvaduray, ...
  • X. Li, R. Sun, and Y. Wang, “A review of ...
  • C. Han and B. Han, “Board-level reliability analysis of chip ...
  • L. F. Coffin Jr., “A study of the effects of ...
  • I. Sharif, D. B. Barker, A. Dasgupta, and M. G. ...
  • M. Pecht and A. Dasgupta, “Physics-of-failure: An approach to reliable ...
  • W. Engelmaier, “Fatigue life of leadless chip carrier solder joints ...
  • S. Verma, A. Dasgupta, and D. Barker, “A numerical study ...
  • H. Akay, N. H. Paydar, and A. Bilgic. "Fatigue life ...
  • A. Syed, “Accumulated creep strain and energy density based thermal ...
  • B. Qiu, J. Xiong, H. Wang, S. Zhou, X. Yang, ...
  • ANSYS Sherlock Documentation. [Online]. Available: https://ansyshelp.ansys.com/[۳۹] J. He, Y. Ling, ...
  • S. Mizuta, “High reliability lead-free solder SN۱۰۰C (Sn–۰.۷Cu–۰.۰۵Ni+Ge),” Strain, vol. ...
  • J. Depiver, S. Mallik, and E. H. Amalu, “Comparative analysis ...
  • R. Coyle, M. Reid, C. Ryan, R. Popowich, P. Read, ...
  • E. Werner, “Fatigue life of leadless chip carrier solder joints ...
  • نمایش کامل مراجع