一, Materiaalijärjestelmän jälleenrakennus: Lämpötilaa kestävän alustan läpimurto
1. Korkean Tg:n substraatin fyysisten ominaisuuksien optimointi
Perinteiset FR-4-materiaalit epäonnistuvat lasittumislämpötilassa (Tg) 130 asteessa, mikä johtaa 62 %:n laskuun mekaanisessa lujuudessa. Uuden polyimidi (PI) substraatin Tg voi saavuttaa 280 astetta ja säilyttää 85 % alkuperäisestä taivutuslujuudestaan 150 asteessa. Sen jälkeen kun sotilasluokan piirilevyjen valmistaja käytti keraamisella täytettynä PI-substraattia, sen tuotteet toimivat jatkuvasti 200 asteen korkean lämpötilan laatikossa 72 tunnin ajan vääntymisen hallinnassa 0,3 mm:n sisällä.
2. Metallimateriaalien lämpölaajenemissovitus
Ero lämpölaajenemiskertoimessa alumiinisubstraatin (CTE 23 ppm/aste) ja kuparikalvon (CTE 17 ppm/aste) välillä aiheuttaa 0,02 mm/aste jännityksen lämpötilakierron aikana. Kerrostamalla nikkelifosforiseoskerros (CTE 12ppm/aste) alumiinisubstraatin pinnalle lämpöjännitystä voidaan vähentää 43 %. Tämän tekniikan käyttöönoton jälkeen tietyn IGBT-moduulin tehojakson käyttöikä on kasvanut 50 000 kertaisesta 120 000 kertaan.
3. Juotosjärjestelmän innovaatio
Perinteinen SnAgCu-juote kokee 0,08 % virumisjännityksen 125 asteessa. Senju Metalin Japanissa kehittämän matalaviruman SnAgCuNiCe-juotteen virumisnopeus pienenee 76 % 150 asteen kulmassa. Palvelimen valmistajan levitettyä juotteen BGA-juotosliitosten vikaaika korkean lämpötilan -vanhenemistestissä pidennettiin 48 tunnista 240 tuntiin.
2, Rakennustekniikan innovaatiot: Thermal Stress Dispersion Design
1. Kolmiulotteinen lämmönpoistoarkkitehtuuri
Kolmiulotteinen lämmönpoistorakenne, jossa käytetään kuumaa kauttakulkujärjestelmää ja kuparipilarin ulkonemia, voi alentaa CPU:n ympärillä olevaa lämpötilaa 18 astetta. Suorituskykyinen-emolevy vähentää lämpövastusta 0,8 astetta /W arvoon 0,35 astetta /W asettamalla 0,3 mm:n halkaisijan ja 1,2 mm:n etäisyyden kuumaksi 8-kerroksisessa piirilevyssä yhdistettynä alempaan kuparipilarirunkoon.
2. Jännityksenpoistorakenteen suunnittelu
0,5 mm leveän U--muotoisen jännitysuran asettaminen piirilevyn reunaan voi pienentää lämpötilan vaihtelun synnyttämää jännityskeskittymiskerrointa arvosta 3,2 arvoon 1,8. Tämän suunnittelun avulla tietty autojen ECU alensi juotosliitosten halkeilunopeutta 12 %:sta 2,3 %:iin kylmä- ja kuumaiskutesteissä -40 asteesta 125 asteeseen.
3. Joustava yhteystekniikka
Käyttämällä FPC:tä (joustava piirilevy) pääohjauskortin ja tehomoduulin yhdistämiseen, se voi absorboida yli 3 mm:n lämpölaajenemissiirtymän. Tietty aurinkosähköinvertteri korvaa perinteisen johdotuksen FPC:llä, ja liittimen kosketusresistanssin vaihtelu pienenee ± 15 m Ω:sta ± 3 m Ω:iin ympäristössä -30 astetta 85 asteeseen.
3, valmistusprosessin päivitys: keskeinen läpimurto prosessin ohjauksessa
1. Reflow-juottamisen lämpötilakäyrän optimointi
Ottamalla käyttöön porrastettu lämpökäyrä (120 astetta /60s → 150 astetta /90s → 180 astetta /40s), piirilevyn vääntymistä voidaan vähentää 1,2 mm:stä 0,4 mm:iin. Tämän prosessisäädön avulla tietty SMT-tehdas on lisännyt 0,8 mm paksuisten piirilevyjen läpäisynopeutta 78 %:sta 95 %:iin.
2. Pohjan täyttöprosessin innovaatio
Käyttämällä epoksihartsipohjaista täyttöliimaa ja laitteita, joiden annostelutarkkuus on ± 0,05 mm, BGA-juoteliitosten väsymisikää voidaan pidentää 5 kertaa. Tietyn viestintälaitteiden valmistajan soveltaessa tätä prosessia tuotteen vikatila testauksen aikana -55 astetta 125 asteeseen muuttui juotosliitoksen halkeilusta komponentin rungon rikkoutumiseen.
3. Pintakäsittelytekniikan päivitys
Kemiallisen nikkeli-palladiumkulta (ENIG) pintakäsittelyn avulla nikkelikerroksen paksuus säädetään 3-5 μm:iin ja palladiumkerroksen paksuus on 0,05-0,1 μm, mikä voi stabiloida kosketusvastuksen 5 m Ω:n sisällä 150 asteen ympäristössä. Liittimen valmistaja on vähentänyt tuotteidensa kosketusvikoja 8 prosentista 0,3 prosenttiin korkean lämpötilan ja korkean kosteuden testauksessa tällä prosessilla.
4, Järjestelmätason ratkaisu: Monitieteinen yhteistyöinnovaatio
1. Terminen simulointi ja topologian optimointi
Käyttämällä ANSYS Icepakia lämpövirtauskytkentäsimulaatioon, hotspottien sijainti voidaan ennustaa tarkasti. Palvelimen valmistaja sääti johdotusta simulaatiotulosten perusteella, mikä alensi piirilevyn maksimilämpötilaa 112 astetta 98 asteeseen ja pienensi komponenttien vikaantuvuutta 62 %.
2. Materiaalitietokannan rakentaminen
Perusta lämpömekaaninen suorituskykytietokanta, joka sisältää 237 materiaalia CTE-sovitusasteen automaattisen laskennan saavuttamiseksi. Eräs ilmailualan yritys on lyhentänyt materiaalin valintaaikaa 72 tunnista 8 tuntiin ja parantanut täsmäystarkkuutta 92 prosenttiin tämän järjestelmän avulla.
3. Online-valvontajärjestelmä
Kuitu-Bragg-hila-anturiverkoston käyttöönotto voi seurata piirilevyn jännitysjakaumaa reaaliajassa-. Tietty tuulivoimanmuunnin käyttää tätä järjestelmää 0,5 sekunnin ennakkovaroituksen antamiseen äkillisistä lämpötilan muutoksista välttäen suuria vikoja.
5, Teollisuuden käytännön tapaukset
1. Uusien energiaajoneuvojen BMS-järjestelmä
Tietty autoyhtiö ottaa käyttöön keraamisella täytetyllä PI-substraatilla, matalavirumaisen juotteen ja jännitysurasuunnittelun yhdistelmäjärjestelmän, joka mahdollistaa BMS-moduulin jatkuvan toiminnan 2000 tuntia ilman vikaa 125 asteen ympäristössä, mikä lisää sen käyttöikää 4 kertaa perinteisiin järjestelmiin verrattuna.
2. 5G-tukiaseman AAU-yksikkö
Integroitu ratkaisu hot via array+FPC-liitäntä+ENIG-pintakäsittely on nostanut AAU-yksikön tehotiheyden 45W/L:iin 60 asteen ympäristössä, mikä on 30 % korkeampi kuin edellisen sukupolven tuotteessa.
3. Ilmailun elektroniset laitteet
Ottamalla käyttöön kattavan ratkaisun, joka koostuu kolmiulotteisesta lämmönpoistoarkkitehtuurista, pohjatäyttöprosessista ja online-valvontajärjestelmästä, sisäisten tietokoneiden MTBF (keskimääräinen vikojen välinen aika) voi saavuttaa 120 000 tuntia ympäristöissä -55 asteesta 125 asteeseen, mikä täyttää DO-160G-standardin vaatimukset.
