焊点可靠性仿真和温升
关键外卖:
- 了解可能导致焊点失败,如何准备它
- 发现适当的模拟可以准备一个设计师焊点的可靠性
- 理解选项有焊接的可靠性仿真
焊点可靠性模拟可以帮助您确定是否这些关节会失败或在高温热循环重复。
任何董事会被部署在该领域需要最长的可能。你需要的最后一件事是你的董事会过早失败由于贫穷的设计选择或不正确的装配过程。除了组件故障,焊点失败是一个已知的产品失败的原因。如果一个焊点关键电路失败,更多的肯定。
焊点失败,为什么和如何预防失败?有几个著名的原因,焊点在操作失败。其中的一些简单地与焊料的错误的选择,操作在极端的温度下,或形变场失败。如果您使用一个焊点可靠性仿真在设计过程的早期,你可以识别哪些焊点由于thermally-induced压力更容易失败。
焊点失效的原因
焊点有许多常见的原因失败,可机械或热。这里有一些已知的焊点失效的常见原因:
弱焊料/冷关节
焊点可能会形成一个不正确的温度,导致混合液相线和共晶的不足。结果,联合是不足以处理甚至低压力,最终和联合骨折。有其他一些焊接缺陷可以减少焊点的强度。
腐蚀
有许多来源的腐蚀氧化焊料在PCB和附近的导体。过高的湿度和氧化缩合可以诱导一个电化学反应,驱动器积累,导致接头强度较低。虽然焊接通量是为了对抗氧化,剩余的残留物在焊接通量可以腐蚀操作。
接触导体上的黑暗电影是一种氧化膜由于水损害和随后的腐蚀。
重复机械过分强调
就像任何其他机械元素,过度的压力会引起疲劳,导致机械故障。机械循环和冲击会导致焊点失败只是由于过度变形。
热循环下疲劳破坏
骑车极端温度值之间时,焊点和PCB基板将扩大,和压力将积聚在焊点。时,将发生更大的扩张带来高于其焊点玻璃化转变温度。焊接应力积累导致微观裂缝传播。最终,这些裂缝可以合并,导致部分或全部断裂。更多的韧性焊接材料(即。,铟内容)可以承受这种类型的失败。
热冲击失败
你见过一块玻璃破碎时升温过快?这也可以发生在软弱时焊点接头很快被带到一个极端的温度。当这种情况发生时,焊点开始扩张得太快,它不能保持机械债券和焊点骨折。
•冯•米塞斯应力积累BGA焊球
评估最后两个点以上要求直接模拟接头的温度随着时间的推移和稳定状态。温度可以直接确定解算器使用一个字段,也可以是确定电路仿真。
焊点可靠性仿真电路元素
有两种方法可以确定一个焊点的温度电路仿真:
使用组件的结温的代理焊点温度。
包括作为寄生元件焊点的模拟。
第一种方法将很好地占大型散热组件,如mosfet高频处理器,并为电力电子组件。几乎所有的热量将生成组件本身,然后到附近的焊点。在稳定状态下,焊点温度将会非常接近的组件温度。这意味着您可以使用一组确定焊点的温度验证组件模型。
没有完全导电金属,同样适用于焊点。焊点有效地充当一个寄生电阻的来源,和热耗散在联合操作增加其温度。焊点在组件也可以作为一个非常小的电阻组件的输入和输出插脚。标准直流扫描或信号来源可以用来检查关节本身的温度上升,除了推断联合温度组件温度。
重要的热和电参数的变化使这种方法困难。这里有一些重要的材料属性用于电路模拟和后来的计算:
接触电阻:这是一般莫姆范围内,虽然这取决于共同的几何和材料组成。
温度系数:它定义了温度变化/ W整个焊点的热耗散。没有单一的温度系数值,这取决于共同的几何、材料组成、和周围基质/组件热导率。
热膨胀系数(CTE):这是不包括直接在一个模拟世界,但这是需要确定联合扩张后,温度上升。焊点的确切价值将取决于成分和材料的玻璃化转变温度。
这样一个简单的电路模拟没有考虑PCB基板的热导率,所以热传输远离焊料球不能被视为在电路仿真。这就是为什么直接模拟包的温度是判定一个更有用的焊点的上限温度。联合和组件结温计算这些模拟可以较典型的~ 250°F为商业化焊料温度上限。
更多的焊接可靠性分析工具
在电路模拟,目的是比较组件温度所需的降额值在时域和时达到稳定状态。热冲击和热诱导应力是瞬变现象,可以检查与香料模拟。这可能需要一些手工编程时间,但这些模拟器可以直接从您的组件模型参数数据确定温度变化。
在稳态,您将需要确定焊点的平衡温度和比较他们所需的降额使用价值烟气分析。确定确切的降额要求称重的组件温度之间的权衡,板温度、热膨胀和董事会。
包的热膨胀和董事会可能发生当一个董事会达到高温,正如在波峰焊接情况。
更强大,然而计算更强烈,焊点可靠性仿真的工具是一个3 d的物理模型解算器。这允许您直接检查焊点中热量和压力积累,而不是推断焊点行为组件温度。这是一个功能更强大的解决方案,但它不需要在每一个设计的情况。
焊点可靠性模拟可以有点尴尬的如果你不使用领域的能手,但一套PCB设计和分析工具非常适合评估电路模拟的温度上升。设计和仿真工具PSpice软件模拟器和全套的分析工具从节奏非常适合模拟运营的所有方面你的董事会。你会有你所需要的功能来评估整个电路的可靠性和优化各种操作参数。
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