Wydłużanie żywotności złącza: kluczowa miara niezawodności

Ponieważ zapotrzebowanie na bezbłędne działanie produktów elektronicznych stale rośnie, żywotność złącza wyróżnia się jako kluczowy wskaźnik oceny ich wiarygodności. W projektowaniu zwiększając żywotność złącza stała się zasadą przewodnią. Jednocześnie wzmożona konkurencja na rynku zmusiła inżynierów do poszukiwania odpowiednich materiałów z opłacalnych stopów, co jest głównym wyborem w celu obniżenia kosztów złączy. Łączny efekt tych trendów często przybliża właściwości operacyjne stopów miedzi w złączach do ich granic wydajności.

Początkowa siła styku pozostaje istotnym czynnikiem wpływającym na konstrukcję złącza i właściwości materiału. Odkształcenie sprężyste przekształca się w odkształcenie plastyczne w obrębie styków, co powoduje uwolnienie naprężeń i w konsekwencji zmniejszenie siły docisku. Jeśli siła nacisku spadnie poniżej poziomu krytycznego, może wystąpić awaria funkcjonalna styków. Dlatego, przewidywanie uwolnienia stresu w funkcji czasu i temperatury staje się kluczowym czynnikiem zapewniającym niezawodność złącza. W poniższych akapitach firma SED zajmie się testowaniem odprężania i jego znaczeniem w przewidywaniu żywotności złącza.

Dane dotyczące uwalniania naprężeń stanowią dla inżynierów projektantów skuteczne narzędzie do przewidywania żywotności złączy zasilania, umożliwiając świadome podejmowanie decyzji dotyczących wyboru materiałów stykowych w oparciu o istniejące dane. Dane te znalazły już szerokie zastosowanie w branżach takich jak komputery, komunikacja i elektronika samochodowa. Obecnie dane dotyczące cyklu życia produktów są szczególnie skąpe, szczególnie w dziedzinie informatyki. Co więcej, dane te stanowią cenne źródło umożliwiające skrócenie cykli rozwoju produktów i efektywnych okresów operacyjnych.

Większość projektantów złączy wykorzystuje dane dotyczące uwalniania naprężeń przede wszystkim w celu zawężenia wyboru materiałów stykowych zgodnie z wymaganiami aplikacji. Jednak wielu projektantów poszukuje również odpowiednich metod testowania, aby móc dokładniej przewidzieć charakterystykę żywotności złącza. Takie podejście znacznie zmniejsza wymaganą ilość próbek do badań i związane z tym koszty.

Obecnie złącza samochodowe stosowane w trudnych warunkach i pod maskami silnika spełniają głównie wymagania projektowe poziomu 3 lub poziomu 1. Oczekuje się, że nadchodząca generacja złączy samochodowych będzie działać w wyższych temperaturach. Tymczasem większość złączy innych niż samochodowe wydaje się nie wymagać stabilności w wyżej wymienionych warunkach. Niemniej jednak złącza o dużej gęstości wymagają mniejszych początkowych sił łączących, co z kolei zmniejsza uwalnianie naprężeń. Podkreśla to znaczenie uwalniania naprężeń nawet w niższych temperaturach.

Określenie standardowego czasu pomiaru danych testowych istotnych dla konkretnych zastosowań stanowi zazwyczaj wyzwanie. Czasy testowania od 1000 do 3000 godzin w przewidywanej temperaturze roboczej są odpowiednie do oceny danych charakterystycznych samochodowych produktów elektronicznych. Coraz większą uwagę zwraca się na dane charakterystyczne wykraczające poza 3000 godzin, sięgające 3000-5000 godzin (co odpowiada żywotności 250 000 mil). Ekstrapolacja danych testowych (bez uwzględnienia zmian nachylenia) może prowadzić do przeszacowania trwałości styków, przy czym stopień przeszacowania wzrasta wraz z wydłużaniem się okresów testowania. Półlogarytmiczna reprezentacja danych w określonej temperaturze jest obecnie najpowszechniej stosowaną metodą i jest pilnie potrzebna. Podejście to umożliwia proste porównywanie różnych materiałów pod kątem konkretnego zastosowania. Niemniej jednak niezwykle istotne jest dokładne zbadanie ekstrapolowanych danych i zwrócenie uwagi na możliwość przeszacowania ostatecznej długości życia.