Ցնցումների և թրթռումների ենթարկված էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության վերլուծություն. ակնարկ

Ամսագիր. Շոկ և թրթռում 16 (2009) 45–59
Հեղինակներ՝ Robin Alastair Amy, Guglielmo S. Aglietti (E-mail: [էլեկտրոնային փոստով պաշտպանված]), և Գայ Ռիչարդսոնը
Հեղինակների պատկանելությունը՝ տիեզերագնացական հետազոտական ​​խումբ, Սաութհեմփթոնի համալսարան, Ինժեներական գիտությունների դպրոց, Սաութհեմփթոն, Մեծ Բրիտանիա
Surrey Satellite Technology Limited, Guildford, Surrey, Մեծ Բրիտանիա

Հեղինակային իրավունք 2009 Hindawi Publishing Corporation: Սա բաց հասանելիության հոդված է, որը տարածվում է Creative Commons Attribution License լիցենզիայի ներքո, որը թույլ է տալիս անսահմանափակ օգտագործում, տարածում և վերարտադրում ցանկացած միջավայրում՝ պայմանով, որ բնօրինակը պատշաճ կերպով մեջբերված է:

Ծանոթագրություն: Ապագայում ակնկալվում է, որ բոլոր ժամանակակից էլեկտրոնային սարքավորումները կունենան աճող ֆունկցիոնալություն՝ պահպանելով ցնցումների և վիբրացիոն բեռներին դիմակայելու ունակությունը: Հուսալիության կանխատեսման գործընթացը դժվար է էլեկտրոնային սարքավորումների արձագանքման և խափանումների բարդ բնութագրերի պատճառով, ուստի ներկայումս գոյություն ունեցող մեթոդները փոխզիջում են հաշվարկների ճշգրտության և արժեքի միջև:
Արդյունաբերության համար շատ կարևոր է դինամիկ բեռների տակ աշխատելիս էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության հուսալի և արագ կանխատեսումը: Այս հոդվածը ցույց է տալիս խնդիրներ էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության կանխատեսման հարցում, որոնք դանդաղեցնում են արդյունքները: Պետք է նաև հաշվի առնել, որ հուսալիության մոդելը սովորաբար կառուցվում է՝ հաշվի առնելով մի շարք նմանատիպ բաղադրիչների սարքավորումների կոնֆիգուրացիաների լայն շրջանակ: Հուսալիության կանխատեսման մեթոդների չորս դասեր (տեղեկատու մեթոդներ, փորձարկման տվյալներ, փորձարարական տվյալներ և ձախողման ֆիզիկական պատճառների մոդելավորում - ձախողման ֆիզիկա) համեմատվում են այս հոդվածում, որպեսզի ընտրեն այս կամ այն ​​մեթոդի օգտագործման հնարավորությունը: Նշվում է, որ էլեկտրոնային սարքավորումների խափանումների մեծ մասը պայմանավորված է ջերմային բեռներով, սակայն այս վերանայումը կենտրոնանում է շահագործման ընթացքում ցնցումների և թրթռումների հետևանքով առաջացած խափանումների վրա:

Թարգմանչի գրառումը. Հոդվածը այս թեմայի վերաբերյալ գրականության ակնարկ է: Չնայած իր համեմատաբար մեծ տարիքին, այն հիանալի ներածություն է ծառայում տարբեր մեթոդների միջոցով հուսալիության գնահատման խնդրին:

1. Տերմինաբանություն

BGA Ball Grid Array.
DIP Dual In-line Processor, երբեմն հայտնի է որպես Dual In-line Package:
FE վերջավոր տարր.
PGA Pin Grid Array.
PCB Printed Circuit Board, երբեմն հայտնի է որպես PWB (Printed Wiring Board):
PLCC Plastic Leaded Chip Carrier.
PTH Plated Through Hole, երբեմն հայտնի է որպես Pin Through Hole:
QFP Quad Flat Pack - հայտնի է նաև որպես ճայի թև:
SMA Shape Memory Alloys.
SMT Մակերեւութային լեռան տեխնոլոգիա.

Նշում բնօրինակ հեղինակներից. Այս հոդվածում «բաղադրիչ» տերմինը վերաբերում է հատուկ էլեկտրոնային սարքին, որը կարող է զոդվել տպագիր տպատախտակին, «փաթեթ» տերմինը վերաբերում է ինտեգրված սխեմայի ցանկացած բաղադրիչին (սովորաբար ցանկացած SMT կամ DIP բաղադրիչ): «Կցված բաղադրիչ» տերմինը վերաբերում է ցանկացած համակցված տպագիր տպատախտակին կամ բաղադրիչ համակարգին՝ ընդգծելով, որ կցված բաղադրիչներն ունեն իրենց զանգվածը և կոշտությունը: (Բյուրեղյա փաթեթավորումը և դրա ազդեցությունը հուսալիության վրա հոդվածում չեն քննարկվում, հետևաբար «փաթեթ» տերմինը կարող է ընկալվել որպես այս կամ այն ​​տիպի «պատյան»՝ մոտավորապես թարգմ.)

2. Խնդրի հայտարարություն

Ցնցման և թրթռման բեռները, որոնք դրվում են PCB-ի վրա, առաջացնում են լարվածություն PCB-ի ենթաշերտի, բաղադրիչների փաթեթների, բաղադրիչների հետքերի և զոդման հոդերի վրա: Այս լարումները առաջանում են միացման տախտակի ճկման պահերի և բաղադրիչի զանգվածային իներցիայի համակցությամբ: Վատագույն դեպքում այս լարումները կարող են առաջացնել ձախողման հետևյալ եղանակներից մեկը՝ PCB շերտազատում, զոդման հանգույցի խափանում, կապարի խափանում կամ բաղադրիչի փաթեթի խափանում: Եթե ​​այս խափանման ռեժիմներից որևէ մեկը տեղի ունենա, ամենայն հավանականությամբ, կհետևի սարքի ամբողջական ձախողումը: Գործողության ընթացքում առաջացած ձախողման ռեժիմը կախված է փաթեթավորման տեսակից, տպագիր տպատախտակի հատկություններից, ինչպես նաև ճկման պահերի և իներցիոն ուժերի հաճախականությունից և ամպլիտուդից: Էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության վերլուծության դանդաղ առաջընթացը պայմանավորված է մուտքային գործոնների և ձախողման ռեժիմների բազմաթիվ համակցություններով, որոնք պետք է հաշվի առնել:

Այս բաժնի մնացած մասը կփորձի բացատրել տարբեր մուտքային գործոններ միաժամանակ դիտարկելու դժվարությունը:

Առաջին բարդ գործոնը, որը պետք է հաշվի առնել, ժամանակակից էլեկտրոնիկայի մեջ առկա փաթեթների տեսակների լայն շրջանակն է, քանի որ յուրաքանչյուր փաթեթ կարող է ձախողվել տարբեր պատճառներով: Ծանր բաղադրիչները ավելի ենթակա են իներցիոն բեռների, մինչդեռ SMT բաղադրիչների արձագանքը ավելի շատ կախված է տպատախտակի կորությունից: Արդյունքում, այս հիմնական տարբերությունների պատճառով այս տեսակի բաղադրիչներն ունեն մեծապես տարբեր խափանման չափանիշներ՝ հիմնված զանգվածի կամ չափի վրա: Այս խնդիրն ավելի է սրվում շուկայում առկա նոր բաղադրիչների անընդհատ ի հայտ գալու պատճառով: Հետևաբար, ցանկացած առաջարկվող հուսալիության կանխատեսման մեթոդ պետք է հարմարվի նոր բաղադրիչներին, որպեսզի ապագայում գործնական կիրառություն ունենա: Տպագիր տպատախտակի արձագանքը թրթռմանը որոշվում է բաղադրիչների կոշտությամբ և զանգվածով, որոնք ազդում են տպագիր տպատախտակի տեղական արձագանքի վրա: Հայտնի է, որ ամենածանր կամ ամենամեծ բաղադրիչները զգալիորեն փոխում են տախտակի արձագանքը թրթռումներին այն վայրերում, որտեղ դրանք տեղադրվում են: PCB-ի մեխանիկական հատկությունները (Յանգի մոդուլը և հաստությունը) կարող են ազդել հուսալիության վրա այնպիսի եղանակներով, որոնք դժվար է կանխատեսել:

Ավելի կոշտ PCB-ն կարող է նվազեցնել ծանրաբեռնվածության տակ գտնվող PCB-ի ընդհանուր արձագանքման ժամանակը, բայց միևնույն ժամանակ կարող է իրականում լոկալորեն մեծացնել բաղադրիչների վրա կիրառվող ճկման պահերը (Բացի այդ, ջերմային անսարքության տեսանկյունից, իրականում նախընտրելի է նշել ավելի շատ համատեղելի PCB, քանի որ դա նվազեցնում է փաթեթավորման վրա դրված ջերմային սթրեսները - հեղինակի նշում): Լոկալ ճկման մոմենտների հաճախականությունը և ամպլիտուդը և իներցիոն բեռները, որոնք դրվում են կույտի վրա, նույնպես ազդում են խափանման ամենահավանական ռեժիմի վրա: Բարձր հաճախականության ցածր ամպլիտուդային բեռները կարող են հանգեցնել կառուցվածքի հոգնածության ձախողման, որը կարող է լինել ձախողման հիմնական պատճառը (ցածր/բարձր ցիկլային հոգնածություն, LCF-ն վերաբերում է խափանումներին, որոնց գերակշռում է պլաստիկ դեֆորմացիան (N_f < 10^6), մինչդեռ HCF-ն նշանակում է առաձգական դեֆորմացիա։ ձախողումներ, սովորաբար (N_f > 10^6) մինչև ձախողում [56] - հեղինակի նշում) Տպագիր տպատախտակի վրա տարրերի վերջնական դասավորությունը կորոշի խափանման պատճառը, որը կարող է առաջանալ իներցիոն բեռների հետևանքով առաջացած առանձին բաղադրիչի սթրեսի պատճառով: կամ տեղական ճկման պահեր: Ի վերջո, անհրաժեշտ է հաշվի առնել մարդկային գործոնների և արտադրության առանձնահատկությունների ազդեցությունը, ինչը մեծացնում է սարքավորումների խափանման հավանականությունը:

Մուտքային գործոնների զգալի քանակություն և դրանց բարդ փոխազդեցությունը դիտարկելիս պարզ է դառնում, թե ինչու դեռևս չի ստեղծվել էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության կանխատեսման արդյունավետ մեթոդ: Այս հարցի վերաբերյալ հեղինակների կողմից առաջարկված գրականության ակնարկներից մեկը ներկայացված է IEEE-ում [26]: Այնուամենայնիվ, այս վերանայումը հիմնականում կենտրոնանում է հուսալիության մոդելների բավականին լայն դասակարգումների վրա, ինչպիսիք են տեղեկատու գրականությունից, փորձարարական տվյալներից, խափանման պայմանների համակարգչային մոդելավորումից (Physics-of-Failure Reliability (PoF)) հուսալիության կանխատեսման մեթոդը և չի անդրադառնում խափանումներին: ցնցումների և թրթռումների հետևանքով առաջացած բավարար մանրամասնությամբ: Foucher-ը և այլոք [17] հետևում են IEEE-ի վերանայման նմանատիպ ուրվագծին՝ զգալի ուշադրություն դարձնելով ջերմային խափանումներին: PoF մեթոդների վերլուծության նախորդ հակիրճությունը, հատկապես, երբ կիրառվում է ցնցումների և թրթռումների խափանումների դեպքում, արժանի է դրանց հետագա ուշադրությանը: IEEE-ի նման ակնարկը կազմում է AIAA-ն, սակայն վերանայման շրջանակն այս պահին անհայտ է:

3. Հուսալիության կանխատեսման մեթոդների էվոլյուցիան

Հուսալիության կանխատեսման ամենավաղ մեթոդը, որը մշակվել է 1960-ականներին, ներկայումս նկարագրված է MIL-HDBK-217F-ում [44] (Mil-Hdbk-217F մեթոդի վերջին և վերջնական վերանայումն է, թողարկվել է 1995-ին - հեղինակի նշում) Օգտագործելով այս մեթոդը. էլեկտրոնային սարքավորումների խափանումների տվյալների բազա՝ որոշակի բաղադրիչներից բաղկացած տպագիր տպատախտակի միջին սպասարկման ժամկետը ստանալու համար: Այս մեթոդը հայտնի է որպես տեղեկատու և նորմատիվ գրականությունից հուսալիության կանխատեսման մեթոդ: Չնայած Mil-Hdbk-217F-ը գնալով հնանում է, հղման մեթոդը դեռևս կիրառվում է այսօր: Այս մեթոդի սահմանափակումներն ու անճշտությունները լավ փաստագրված են [42,50], ինչը հանգեցրեց այլընտրանքային մեթոդների երեք դասերի զարգացմանը՝ ֆիզիկական ձախողման պայմանների համակարգչային մոդելավորում (PoF), փորձարարական տվյալներ և դաշտային փորձարկման տվյալներ:

PoF մեթոդները կանխատեսում են հուսալիությունը վերլուծական եղանակով՝ առանց հենվելու նախկինում հավաքագրված տվյալների վրա: Բոլոր PoF մեթոդներն ունեն Սթայնբերգում [62] նկարագրված դասական մեթոդի երկու ընդհանուր բնութագրերը. նախ փնտրում է տպագիր տպատախտակի թրթռման արձագանքը որոշակի թրթռման խթանման, այնուհետև փորձարկվում են առանձին բաղադրիչների ձախողման չափանիշները թրթռման ազդեցությունից հետո: PoF մեթոդների կարևոր առաջընթացը եղել է բաշխված (միջինացված) տախտակի հատկությունների օգտագործումը տպագիր տպատախտակի մաթեմատիկական մոդելի արագ ստեղծման համար [54], ինչը զգալիորեն նվազեցրել է տպագիր թրթռման արձագանքը ճշգրիտ հաշվարկելու վրա ծախսվող բարդությունը և ժամանակը: տպատախտակ (տես բաժին 8.1.3): PoF տեխնիկայի վերջին զարգացումները բարելավել են մակերևութային ամրացման տեխնոլոգիայի (SMT) զոդված բաղադրիչների ձախողման կանխատեսումը. սակայն, բացառությամբ Barkers մեթոդի [59], այս նոր մեթոդները կիրառելի են միայն բաղադրիչների և տպագիր տպատախտակների շատ հատուկ համակցությունների համար: Շատ քիչ մեթոդներ կան խոշոր բաղադրիչների համար, ինչպիսիք են տրանսֆորմատորները կամ խոշոր կոնդենսատորները:
Փորձարարական տվյալների մեթոդները բարելավում են տեղեկատու գրականության վրա հիմնված հուսալիության կանխատեսման մեթոդներում օգտագործվող մոդելի որակն ու հնարավորությունները: Առաջին մեթոդը, որը հիմնված է էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության կանխատեսման փորձարարական տվյալների վրա, նկարագրվել է 1999թ.-ի մի աշխատության մեջ՝ օգտագործելով HIRAP (Honeywell In-service Reliability Assessment Program) մեթոդը, որը ստեղծվել է Honeywell, Inc.-ում [20]: Փորձարարական տվյալների մեթոդը մի շարք առավելություններ ունի հղման և նորմատիվ գրականության միջոցով հուսալիության կանխատեսման մեթոդների նկատմամբ: Վերջերս շատ նմանատիպ մեթոդներ են հայտնվել (REMM և TRACS [17], ինչպես նաև FIDES [16]): Փորձարարական տվյալների մեթոդը, ինչպես նաև հուսալիության կանխատեսման մեթոդը, օգտագործելով տեղեկատու և նորմատիվ գրականություն, թույլ չի տալիս մեզ բավարար չափով հաշվի առնել տախտակի դասավորությունը և դրա գործառնական միջավայրը հուսալիությունը գնահատելիս: Այս թերությունը կարող է շտկվել՝ օգտագործելով անսարքության տվյալները նման դիզայնով տախտակներից կամ տախտակներից, որոնք ենթարկվել են աշխատանքի նմանատիպ պայմաններին:

Փորձարարական տվյալների մեթոդները կախված են ժամանակի ընթացքում խափանման տվյալներ պարունակող ընդարձակ տվյալների բազայի առկայությունից: Այս տվյալների բազայի ձախողման յուրաքանչյուր տեսակ պետք է ճիշտ նույնականացվի և որոշվի դրա հիմնական պատճառը: Հուսալիության գնահատման այս մեթոդը հարմար է այն ընկերությունների համար, որոնք արտադրում են միևնույն տեսակի սարքավորումներ բավական մեծ քանակությամբ, որպեսզի հնարավոր լինի զգալի թվով խափանումներ մշակել հուսալիությունը գնահատելու համար:

Հուսալիության համար էլեկտրոնային բաղադրիչների փորձարկման մեթոդները կիրառվում են 1970-ականների կեսերից և սովորաբար բաժանվում են արագացված և ոչ արագացված թեստերի: Հիմնական մոտեցումն այն է, որ ապարատային փորձարկումներ իրականացվեն, որոնք հնարավորինս իրատեսորեն են ստեղծում սպասվող գործառնական միջավայրը: Թեստերն իրականացվում են այնքան ժամանակ, քանի դեռ խափանում է տեղի ունենում, ինչը թույլ է տալիս կանխատեսել MTBF-ը (Խափանումների միջև միջին ժամանակը): Եթե ​​MTBF-ը գնահատվում է շատ երկար, ապա փորձարկման տեւողությունը կարող է կրճատվել արագացված փորձարկման միջոցով, որը ձեռք է բերվում մեծացնելով աշխատանքային միջավայրի գործոնները և օգտագործելով հայտնի բանաձև՝ արագացված թեստի ձախողման մակարդակը կապելու համար սպասվող ձախողման արագության հետ: շահագործման. Այս թեստավորումը կենսական նշանակություն ունի խափանման բարձր ռիսկ ունեցող բաղադրիչների համար, քանի որ այն հետազոտողին տրամադրում է վստահության ամենաբարձր մակարդակի տվյալներ, այնուամենայնիվ, անիրագործելի կլինի օգտագործել այն տախտակի դիզայնի օպտիմալացման համար՝ կապված ուսումնասիրության երկար կրկնվող ժամանակների հետ:

1990-ականներին հրապարակված աշխատանքների արագ վերանայումը ցույց է տալիս, որ սա այն ժամանակաշրջանն էր, երբ փորձարարական տվյալները, թեստային տվյալները և PoF մեթոդները մրցում էին միմյանց հետ՝ փոխարինելու հնացած մեթոդները՝ տեղեկատու գրքերից հուսալիության կանխատեսման համար: Այնուամենայնիվ, յուրաքանչյուր մեթոդ ունի իր առավելություններն ու թերությունները, և երբ ճիշտ օգտագործվում է, տալիս է արժեքավոր արդյունքներ: Որպես հետևանք, IEEE-ն վերջերս թողարկեց ստանդարտ [26], որը թվարկում է այսօր կիրառվող հուսալիության կանխատեսման բոլոր մեթոդները: IEEE-ի նպատակն էր պատրաստել ուղեցույց, որը ճարտարագետին կտրամադրի տեղեկատվություն բոլոր առկա մեթոդների և յուրաքանչյուր մեթոդին բնորոշ առավելությունների ու թերությունների մասին: Թեև IEEE մոտեցումը դեռևս երկար էվոլյուցիայի սկզբում է, այն, ըստ երևույթին, ունի իր արժանիքները, քանի որ AIAA-ն (Աերոնագնացության և տիեզերագնացության ամերիկյան ինստիտուտ) հետևում է դրան S-102 կոչվող ուղեցույցով, որը նման է IEEE-ին, բայց հաշվի է առնում նաև յուրաքանչյուր մեթոդի տվյալների հարաբերական որակը [27]: Այս ուղեցույցները նախատեսված են միայն ի մի բերելու այն մեթոդները, որոնք շրջանառվում են այս թեմաներով հրատարակված համաշխարհային գրականության մեջ:

4. Թրթռումից առաջացած խափանումներ

Անցյալ հետազոտությունների մեծ մասը հիմնականում կենտրոնացած էր պատահական թրթռման վրա՝ որպես PCB-ի բեռնվածություն, սակայն հետևյալ ուսումնասիրությունը հատուկ ուշադրություն է դարձնում ազդեցության հետ կապված խափանումներին: Նման մեթոդներն այստեղ ամբողջությամբ չեն քննարկվի, քանի որ դրանք պատկանում են PoF մեթոդների դասակարգմանը և քննարկվում են սույն հոդվածի 8.1 և 8.2 բաժիններում: Heen-ը և այլոք [24] ստեղծեցին փորձարկման տախտակ՝ փորձարկելու համար BGA զոդման հոդերի ամբողջականությունը, երբ ենթարկվում են ցնցումների: Լաուն և այլոք [36] նկարագրել են PLCC, PQFP և QFP բաղադրիչների հուսալիությունը ներհարթական և հարթությունից դուրս հարվածների դեպքում: Pitarresi et al.-ը [53,55] ուսումնասիրել է համակարգչային մայր տախտակների խափանումները հարվածային բեռների պատճառով և լավ ակնարկ է տրամադրել ցնցող բեռների տակ գտնվող էլեկտրոնային սարքավորումները նկարագրող գրականությանը: Սթայնբերգը [62] տրամադրում է մի ամբողջ գլուխ ազդակիր էլեկտրոնային սարքավորումների նախագծման և վերլուծության վերաբերյալ, որն ընդգրկում է ինչպես կանխատեսել հարվածային միջավայրը, այնպես էլ էլեկտրոնային բաղադրիչների աշխատանքը ապահովելու եղանակը: Սուխիրը [64,65] նկարագրել է տպագիր տպատախտակի պատասխանի գծային հաշվարկների սխալները տախտակների ամրացումների վրա կիրառվող հարվածային բեռի նկատմամբ: Այսպիսով, հղման և փորձարարական տվյալների մեթոդները կարող են հաշվի առնել ազդեցության հետ կապված սարքավորումների խափանումները, սակայն այս մեթոդները անուղղակիորեն նկարագրում են «ազդեցության» խափանումները:

5. Հղման մեթոդներ

Ձեռնարկներում նկարագրված բոլոր առկա մեթոդներից մենք կսահմանափակվենք միայն երկուսով, որոնք դիտարկում են թրթռման ձախողումը. Mil-Hdbk-217 և CNET [9]: Mil-Hdbk-217-ը ընդունված է որպես ստանդարտ արտադրողների մեծ մասի կողմից: Ինչպես բոլոր ձեռնարկային և տեղեկատու մեթոդները, դրանք հիմնված են էմպիրիկ մոտեցումների վրա, որոնք նպատակ ունեն կանխատեսել բաղադրիչի հուսալիությունը փորձարարական կամ լաբորատոր տվյալների հիման վրա: Տեղեկատվական գրականության մեջ նկարագրված մեթոդները համեմատաբար պարզ են իրագործվում, քանի որ դրանք չեն պահանջում բարդ մաթեմատիկական մոդելավորում և օգտագործում են միայն մասերի տեսակները, մասերի քանակը, տախտակի գործառնական պայմանները և այլ հեշտ հասանելի պարամետրեր: Մուտքային տվյալները այնուհետև մուտքագրվում են մոդել՝ խափանումների միջև ընկած ժամանակը հաշվարկելու համար՝ MTBF: Չնայած իր առավելություններին, Mil-Hdbk-217-ը գնալով ավելի քիչ տարածված է դառնում [12, 17,42,50,51]: Դիտարկենք դրա կիրառելիության սահմանափակումների ոչ ամբողջական ցանկը:

1. Տվյալներն ավելի ու ավելի են հնացել, քանի որ վերջին անգամ թարմացվել են 1995 թվականին և չեն համապատասխանում նոր բաղադրիչներին, մոդելի վերանայման հնարավորություն չկա, քանի որ Պաշտպանության ստանդարտների բարելավման խորհուրդը որոշել է թույլ տալ մեթոդին «մեռնել բնական մահով» [ 26]։
2. Մեթոդը տեղեկատվություն չի տրամադրում ձախողման ռեժիմի մասին, ուստի PCB-ի դասավորությունը չի կարող բարելավվել կամ օպտիմիզացվել:
3. Մոդելները ենթադրում են, որ ձախողումը դիզայնից անկախ է՝ անտեսելով PCB-ի բաղադրիչների դասավորությունը, սակայն, հայտնի է, որ բաղադրիչի դասավորությունը մեծ ազդեցություն ունի ձախողման հավանականության վրա: [50]։
4. Հավաքված էմպիրիկ տվյալները պարունակում են բազմաթիվ անճշտություններ, տվյալները օգտագործվում են առաջին սերնդի բաղադրիչներից, որոնք անբնականաբար բարձր խափանումների մակարդակով են պայմանավորված շահագործման ժամանակի, վերանորոգման և այլնի սխալ գրառումների պատճառով, ինչը նվազեցնում է հուսալիության կանխատեսման արդյունքների հուսալիությունը [51]:

Այս բոլոր թերությունները վկայում են այն մասին, որ պետք է խուսափել հղման մեթոդների օգտագործումից, սակայն այդ մեթոդների թույլատրելիության սահմաններում պետք է կատարվեն տեխնիկական բնութագրի մի շարք պահանջներ: Հետևաբար, հղման մեթոդները պետք է օգտագործվեն միայն անհրաժեշտության դեպքում, այսինքն. նախագծման վաղ փուլերում [46]: Ցավոք սրտի, նույնիսկ այս օգտագործմանը պետք է մոտենալ որոշակի զգուշությամբ, քանի որ այս տեսակի մեթոդները չեն վերանայվել 1995 թվականից ի վեր: Հետևաբար, հղման մեթոդներն իրենց էությամբ մեխանիկական հուսալիության վատ կանխատեսողներ են և պետք է զգուշությամբ օգտագործվեն:

6. Փորձարկման տվյալների մեթոդներ

Փորձարկման տվյալների մեթոդները հուսալիության կանխատեսման ամենապարզ մեթոդներն են: Առաջարկվող տպագիր տպատախտակի դիզայնի նախատիպը ենթարկվում է շրջակա միջավայրի թրթռումների, որոնք վերարտադրվում են լաբորատոր նստարանի վրա: Այնուհետև վերլուծվում են ոչնչացման պարամետրերը (MTTF, հարվածային սպեկտր), այնուհետև այն օգտագործվում է հուսալիության ցուցանիշները հաշվարկելու համար [26]: Փորձարկման տվյալների մեթոդը պետք է օգտագործվի՝ հաշվի առնելով դրա առավելություններն ու թերությունները:
Փորձարկման տվյալների մեթոդների հիմնական առավելությունը արդյունքների բարձր ճշգրտությունն ու հուսալիությունն է, ուստի խափանման բարձր ռիսկ ունեցող սարքավորումների համար նախագծման գործընթացի վերջնական փուլը միշտ պետք է ներառի թրթռման որակավորման փորձարկում: Թերությունն այն երկար ժամանակն է, որը պահանջվում է փորձարկման կտորի արտադրության, տեղադրման և բեռնման համար, ինչը մեթոդը դարձնում է ոչ պիտանի խափանման մեծ հավանականությամբ սարքավորումների նախագծման բարելավման համար: Արտադրանքի նախագծման կրկնվող գործընթացի համար պետք է դիտարկել ավելի արագ մեթոդ: Բեռի ազդեցության ժամանակը կարող է կրճատվել արագացված փորձարկման միջոցով, եթե առկա են հուսալի մոդելներ՝ փաստացի ծառայության ժամկետի հետագա հաշվարկի համար [70,71]: Այնուամենայնիվ, արագացված փորձարկման մեթոդներն ավելի հարմար են ջերմային խափանումների մոդելավորման համար, քան թրթռումային ձախողումները: Դա պայմանավորված է նրանով, որ սարքավորումների վրա ջերմային բեռների ազդեցությունը ստուգելու համար ավելի քիչ ժամանակ է պահանջվում, քան թրթռումային բեռների ազդեցությունը ստուգելու համար: Թրթռման ազդեցությունը արտադրանքի մեջ կարող է հայտնվել միայն երկար ժամանակ անց։

Որպես հետևանք, փորձարկման մեթոդները սովորաբար չեն օգտագործվում թրթռումների խափանումների համար, եթե չկան մեղմացուցիչ հանգամանքներ, ինչպիսիք են ցածր լարումները, որոնք հանգեցնում են ձախողման շատ երկար ժամանակի: Տվյալների ստուգման մեթոդների օրինակներ կարելի է տեսնել Հարթի [23], Hin et al. [24], Li [37], Lau et al. [36], Shetty et al., [57], Liguore and Followell [40], Estes et al. [15], Wang et al. [67], Ջիհ և Յունգ [30]: Մեթոդի լավ ընդհանուր ակնարկը տրված է IEEE-ում [26]:

7. Փորձարարական տվյալների մեթոդներ

Փորձարարական տվյալների մեթոդը հիմնված է նմանատիպ տպագիր տպատախտակների ձախողման տվյալների վրա, որոնք փորձարկվել են հատուկ աշխատանքային պայմաններում: Մեթոդը ճիշտ է միայն տպագիր տպատախտակների համար, որոնք կունենան նմանատիպ բեռներ: Փորձարարական տվյալների մեթոդն ունի երկու հիմնական ասպեկտ՝ էլեկտրոնային բաղադրիչների խափանումների տվյալների բազայի ստեղծում և առաջարկվող նախագծի հիման վրա մեթոդի կիրառում: Համապատասխան տվյալների բազա ստեղծելու համար պետք է լինեն համապատասխան անսարքության տվյալներ, որոնք հավաքագրվել են նմանատիպ նախագծերից. սա նշանակում է, որ նմանատիպ սարքավորումների խափանումների վերաբերյալ տվյալներ պետք է լինեն: Սխալ սարքավորումները նույնպես պետք է վերլուծվեն և պատշաճ կերպով հավաքագրվեն վիճակագրություն, բավական չէ նշել, որ տվյալ PCB-ի դիզայնը ձախողվել է որոշակի ժամից հետո, պետք է որոշվի գտնվելու վայրը, խափանման ռեժիմը և խափանման պատճառը: Եթե ​​բոլոր նախորդ ձախողման տվյալները մանրակրկիտ վերլուծված չեն, տվյալների հավաքագրման երկար ժամանակահատված կպահանջվի մինչև փորձարարական տվյալների մեթոդի կիրառումը:

Այս սահմանափակման հնարավոր լուծումը Բարձր արագացված կյանքի ցիկլի թեստավորման (HALT) իրականացումն է ձախողման արագության տվյալների բազայի արագ ստեղծման նպատակով, թեև բնապահպանական պարամետրերի ճշգրիտ վերարտադրումը դժվար է, բայց կենսական [27]: Փորձարարական տվյալների մեթոդի կիրառման երկրորդ փուլի նկարագրությունը կարելի է կարդալ [27]-ում, որը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է կանխատեսել MTBF-ն առաջարկվող նախագծման համար, եթե փորձարկվող դիզայնը ձեռք է բերվել գոյություն ունեցող տախտակի փոփոխման միջոցով, որի համար արդեն կան խափանման մանրամասն տվյալներ: . Փորձարարական տվյալների մեթոդների այլ ակնարկներ նկարագրված են տարբեր հեղինակների կողմից [11,17,20,26]-ում:

8. Խափանման պայմանների համակարգչային մոդելավորում (PoF)

Խափանումների պայմանների համար համակարգչային մոդելավորման տեխնիկան, որը նաև կոչվում է սթրեսի և վնասի մոդելներ կամ PoF մոդելներ, իրականացվում են հուսալիության կանխատեսման երկքայլ գործընթացում: Առաջին փուլը ներառում է տպագիր տպատախտակի պատասխանի որոնումը դրա վրա դրված դինամիկ բեռի նկատմամբ, իսկ երկրորդ փուլում մոդելի պատասխանը հաշվարկվում է՝ ապահովելու տվյալ հուսալիության ցուցանիշը: Գրականության մեծ մասը հաճախ նվիրված է ինչպես արձագանքի կանխատեսման մեթոդին, այնպես էլ ձախողման չափանիշների հայտնաբերման գործընթացին: Այս երկու մեթոդները լավագույնս հասկանալի են, երբ նկարագրված են անկախ, ուստի այս վերանայումը կքննարկի այս երկու քայլերն առանձին:

Պատասխանի կանխատեսման և ձախողման չափանիշների որոնման փուլերի միջև առաջին փուլում ստեղծված և երկրորդում օգտագործված տվյալների հավաքածուն փոխանցվում է մոդելին: Արձագանքման փոփոխականն առաջացել է շասսիի վրա մուտքային արագացումն օգտագործելուց [15,36,37,67], բաղադրիչի կողմից փորձված փաստացի արագացման միջոցով՝ հաշվի առնելու տարբեր PCB դասավորությունների տարբեր թրթռումային արձագանքները [40], և վերջապես հաշվի առնելը. տեղական էքսկուրսիա [62] կամ լոկալ ճկման պահեր [59], որոնք զգացել է PCB-ն լոկալ բաղադրիչին:

Նշվել է, որ խափանումը տպագիր տպատախտակի վրա բաղադրիչների դասավորության ֆունկցիան է [21,38], ուստի այն մոդելները, որոնք ներառում են տեղական թրթռման արձագանքը, ավելի հավանական է, որ ճշգրիտ լինեն: Որ պարամետրի ընտրությունը (տեղական արագացում, տեղային շեղում կամ ճկման պահ) որոշիչ գործոն է ձախողման համար, կախված է կոնկրետ դեպքից:
Եթե ​​օգտագործվում են SMT բաղադրիչներ, կորություն կամ ճկման պահերը կարող են լինել խափանման ամենակարևոր գործոնները, իսկ ծանր բաղադրիչների դեպքում տեղական արագացումները սովորաբար օգտագործվում են որպես խափանման չափանիշներ: Ցավոք, ոչ մի հետազոտություն չի իրականացվել, որը ցույց կտա, թե որ տեսակի չափանիշներն են առավել հարմար տվյալ մուտքային տվյալների համար:

Կարևոր է դիտարկել կիրառվող ցանկացած PoF մեթոդի համապատասխանությունը, քանի որ գործնական չէ օգտագործել որևէ PoF մեթոդ՝ վերլուծական կամ FE, որը չի ապահովվում լաբորատոր փորձարկումների տվյալներով: Բացի այդ, կարևոր է օգտագործել ցանկացած մոդել միայն իր կիրառելիության շրջանակում, ինչը, ցավոք, սահմանափակում է ներկայիս PoF մոդելների մեծ մասի կիրառելիությունը շատ հատուկ և սահմանափակ պայմաններում օգտագործելու համար: PoF մեթոդների քննարկման լավ օրինակներ նկարագրված են տարբեր հեղինակների կողմից [17,19,26,49]:

8.1. Արձագանքման կանխատեսում

Արձագանքման կանխատեսումը ներառում է կառուցվածքի երկրաչափության և նյութական հատկությունների օգտագործումը՝ պատասխանի պահանջվող փոփոխականը հաշվարկելու համար: Ակնկալվում է, որ այս քայլը կներկայացնի միայն հիմքում ընկած PCB-ի ընդհանուր արձագանքը և ոչ առանձին բաղադրիչների արձագանքը: Գոյություն ունեն պատասխանների կանխատեսման մեթոդի երեք հիմնական տեսակ՝ վերլուծական, մանրամասն FE մոդելներ և պարզեցված FE մոդելներ, որոնք նկարագրված են ստորև: Այս մեթոդները կենտրոնանում են ավելացված բաղադրիչների կոշտության և զանգվածային էֆեկտների ընդգրկման վրա, սակայն կարևոր է չմոռանալ PCB-ի եզրին պտտվող կոշտության ճշգրիտ մոդելավորման կարևորությունը, քանի որ դա սերտորեն կապված է մոդելի ճշգրտության հետ (սա քննարկվում է ս. Բաժին 8.1.4): Նկ. 1. Տպագիր տպատախտակի մանրամասն մոդելի օրինակ [53]:

8.1.1. Վերլուծական պատասխանի կանխատեսում

Սթայնբերգը [62] տրամադրում է տպագիր տպատախտակի թրթռման արձագանքը հաշվարկելու միակ վերլուծական մեթոդը։ Սթայնբերգը նշում է, որ էլեկտրոնային միավորի ռեզոնանսում տատանման ամպլիտուդը հավասար է ռեզոնանսային հաճախականության քառակուսի արմատի երկու անգամ; այս հայցը հիմնված է անհասանելի տվյալների վրա և չի կարող ստուգվել: Սա թույլ է տալիս վերլուծական կերպով հաշվարկել ռեզոնանսում դինամիկ շեղումը, որն այնուհետև կարող է օգտագործվել ծանր բաղադրիչի դինամիկ բեռը կամ տպագիր տպատախտակի կորությունը հաշվարկելու համար: Այս մեթոդը ուղղակիորեն չի առաջացնում տեղական PCB արձագանք և համատեղելի է միայն շեղման վրա հիմնված ձախողման չափանիշների հետ, որոնք նկարագրված են Սթայնբերգի կողմից:

Ամպլիտուդային չափումների վրա հիմնված փոխանցման ֆունկցիայի բաշխման ենթադրության վավերականությունը կասկածելի է, քանի որ Pitarresi et al. [53] չափել են 2% կրիտիկական թուլացում համակարգչային մայր տախտակի համար, մինչդեռ օգտագործելով Սթայնբերգի ենթադրությունը կտա 3,5% (հիմնված բնական հաճախականության վրա 54: Հց), ինչը կհանգեցնի թրթռման նկատմամբ տախտակի արձագանքի մեծ թերագնահատմանը:

8.1.2. Մանրամասն FE մոդելներ

Որոշ հեղինակներ ցույց են տալիս մանրամասն FE մոդելների օգտագործումը տպագիր տպատախտակի թրթռման արձագանքը հաշվարկելու համար [30,37,53, 57,58] (Նկար 1-3-ը ցույց է տալիս օրինակներ՝ մանրամասնության բարձր մակարդակով), սակայն դրանց օգտագործումը մեթոդները խորհուրդ չեն տրվում առևտրային արտադրանքի համար (եթե միայն տեղական արձագանքի ճշգրիտ կանխատեսումը բացարձակապես անհրաժեշտ չէ), քանի որ նման մոդելի ստեղծման և լուծման համար պահանջվող ժամանակը չափազանց մեծ է: Պարզեցված մոդելները արտադրում են համապատասխան ճշգրտության տվյալներ շատ ավելի արագ և ավելի ցածր գնով: Մանրամասն FE մոդելի ստեղծման և լուծման համար պահանջվող ժամանակը կարող է կրճատվել՝ օգտագործելով [4-33]-ում հրապարակված JEDEC 35 զսպանակային հաստատունները, այս զսպանակային հաստատունները կարող են օգտագործվել յուրաքանչյուր մետաղալարի մանրամասն FE մոդելի փոխարեն: Բացի այդ, ենթակառուցվածքի մեթոդը (երբեմն հայտնի է որպես սուպերտարրերի մեթոդ) կարող է իրականացվել՝ կրճատելու մանրամասն մոդելները լուծելու համար պահանջվող հաշվարկային ժամանակը: Հարկ է նշել, որ մանրամասն FE մոդելները հաճախ լղոզում են պատասխանների կանխատեսման և ձախողման չափանիշների միջև գծերը, ուստի այստեղ հիշատակված աշխատանքը կարող է նաև ընկնել ձախողման չափանիշներ պարունակող աշխատանքների ցանկում:

8.1.3. Բաշխված FE մոդելներ

Պարզեցված FE մոդելները նվազեցնում են մոդելի ստեղծման և լուծման ժամանակը: Ավելացված բաղադրիչի զանգվածը և դրա կոշտությունը կարող են ներկայացվել պարզապես ավելացված զանգվածով և կոշտությամբ դատարկ PCB-ի նմանակմամբ, որտեղ զանգվածի և կոշտության ազդեցությունները ներառված են PCB-ի Յանգի մոդուլի տեղական մեծացմամբ:

Նկ. 2. QFP բաղադրիչի մանրամասն մոդելի օրինակ՝ օգտագործելով սիմետրիա՝ մոդելավորման գործընթացը պարզեցնելու և լուծման ժամանակը նվազեցնելու համար [36]: Նկ. 3. J-կապարի մանրամասն FE մոդելի օրինակ [6]:

Կոշտության բարձրացման գործակիցը կարող է հաշվարկվել՝ ֆիզիկապես կտրելով կցված անդամը և կիրառելով ճկման փորձարկման մեթոդներ [52]: Pitarresi et al. [52,54] ուսումնասիրել է ավելացված զանգվածի և կոշտության պարզեցման էֆեկտը, որն ապահովում են տպագիր տպատախտակին կցված բաղադրիչները:

Առաջին հոդվածը ուսումնասիրում է տպագիր տպատախտակի պարզեցված FE մոդելի մեկ դեպք, որը հաստատված է փորձարարական տվյալների հիման վրա: Այս փաստաթղթի հետաքրքրության հիմնական ոլորտը բաշխված հատկությունների որոշումն է՝ նախազգուշացումով, որ ճշգրիտ մոդելի համար պահանջվում է ոլորման կոշտության բարձր ճշգրտություն:

Երկրորդ հոդվածը նայում է հինգ տարբեր լցված PCB-ներին, որոնցից յուրաքանչյուրը մոդելավորված է իր կազմի պարզեցման մի քանի տարբեր մակարդակներով: Այս մոդելները համեմատվում են փորձարարական տվյալների հետ: Այս հոդվածը ավարտվում է զանգվածային կոշտության հարաբերակցության և մոդելի ճշգրտության որոշ ուսանելի դիտարկումներով: Այս երկու փաստաթղթերն էլ օգտագործում են միայն բնական հաճախականություններ և MEC (մոդալ հավաստիության չափանիշներ)՝ երկու մոդելների միջև փոխկապակցվածությունը որոշելու համար: Ցավոք սրտի, բնական հաճախականության սխալը չի ​​կարող որևէ տեղեկություն տրամադրել տեղային արագացումների կամ ճկման պահերի սխալի մասին, և MKO-ն կարող է տալ միայն երկու բնական եղանակների ընդհանուր հարաբերակցությունը, բայց չի կարող օգտագործվել արագացման կամ կորության տոկոսային սխալը հաշվարկելու համար: Օգտագործելով թվային վերլուծության և համակարգչային սիմուլյացիայի համակցությունը, Սիֆուենտեսը [10] կատարում է հետևյալ չորս դիտարկումները.

1. Ճշգրիտ վերլուծության համար մոդելավորված ռեժիմները պետք է պարունակեն առնվազն 90% թրթռացող զանգված:
2. Այն դեպքում, երբ տախտակի շեղումները համեմատելի են դրա հաստության հետ, ոչ գծային վերլուծությունը կարող է ավելի նպատակահարմար լինել, քան գծայինը:
3. Բաղադրիչների տեղադրման փոքր սխալները կարող են մեծ սխալներ առաջացնել պատասխան չափումների մեջ:
4. Արձագանքման չափման ճշգրտությունը ավելի զգայուն է զանգվածի սխալների նկատմամբ, քան կոշտության:

8.1.4. Սահմանային պայմանները

PCB եզրերի պտտման կոշտության գործակիցը զգալի ազդեցություն ունի հաշվարկված պատասխանի ճշգրտության վրա [59] և կախված կոնկրետ կոնֆիգուրացիայից շատ ավելի մեծ նշանակություն ունի, քան ավելացված բաղադրիչի զանգվածը և կոշտությունը: Պտտվող եզրերի կոշտության զրոյական մոդելավորումը (ըստ էության, ուղղակի աջակցվող պայման) սովորաբար տալիս է պահպանողական արդյունքներ, մինչդեռ սերտորեն սեղմված մոդելավորումը սովորաբար թերագնահատում է արդյունքները, քանի որ նույնիսկ PCB-ի ամրացման ամենակոշտ մեխանիզմները չեն կարող ապահովել ամբողջովին սեղմված եզրերի վիճակը: Բարքերն ու Չենը [5] հաստատում են վերլուծական տեսությունը փորձարարական արդյունքներով՝ ցույց տալու, թե ինչպես է եզրերի պտտման կոշտությունը ազդում PCB-ի բնական հաճախականության վրա։ Այս աշխատանքի հիմնական բացահայտումը եզրերի պտտման կոշտության և բնական հաճախականությունների միջև ամուր կապն է, որը համապատասխանում է տեսությանը: Սա նաև նշանակում է, որ եզրերի պտտման կոշտության մոդելավորման մեծ սխալները կհանգեցնեն պատասխանի կանխատեսման մեծ սխալների: Չնայած այս աշխատանքը դիտարկվել է կոնկրետ դեպքում, այն կիրառելի է բոլոր տեսակի սահմանային պայմանների մեխանիզմների մոդելավորման համար: Օգտագործելով փորձարարական տվյալները Lim et al. [41] տալիս է օրինակ, թե ինչպես կարելի է հաշվարկել եզրերի պտտման կոշտությունը՝ PCB մոդելում FE օգտագործելու համար. դա ձեռք է բերվում Բարկերի և Չենի կողմից հարմարեցված մեթոդի միջոցով [5]: Այս աշխատանքը նաև ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է որոշել կառուցվածքի ցանկացած կետի օպտիմալ գտնվելու վայրը բնական հաճախականությունները առավելագույնի հասցնելու համար: Աշխատանքներ, որոնք հատուկ դիտարկում են սահմանային պայմանների փոփոխման էֆեկտը՝ թրթռման արձագանքը նվազեցնելու համար, կան նաև Գուոյի և Ժաոյի կողմից [21]; Ագլյետտի [2]; Aglietti and Schwingshackl [3], Lim et al. [41]։

8.1.5. Շոկի և թրթռումների ազդեցության կանխատեսումներ

Pitarresi et al. [53-55] օգտագործեք PCB-ի մանրամասն FE մոդելը՝ կանխատեսելու համար տախտակի հարվածի և թրթռման արձագանքը, որտեղ բաղադրիչները ներկայացված են որպես 3D բլոկներ: Այս մոդելներն օգտագործում էին փորձարարականորեն որոշված ​​կայուն խոնավացման գործակիցներ՝ ռեզոնանսում արձագանքի կանխատեսումը բարելավելու համար: Ազդեցության արձագանքման սպեկտրը (SRS) և ժամանակի մաքրման մեթոդները համեմատվել են ազդեցության պատասխանի կանխատեսման համար, ընդ որում երկու մեթոդներն էլ ճշգրտության և լուծման ժամանակի փոխզիջում են:

8.2. Մերժման չափանիշներ

Խափանման չափանիշները չափում են PCB-ի արձագանքը և այն օգտագործում են խափանումների չափիչ ստանալու համար, որտեղ ձախողման չափանիշը կարող է լինել խափանումների միջև ընկած միջին ժամանակը (MTBF), ցիկլերը մինչև ձախողումը, առանց ձախողման շահագործման հավանականությունը կամ հուսալիության որևէ այլ չափիչ (տես. IEEE [26], Jensen[28] 47], O'Connor [XNUMX] ձախողման չափումների քննարկման համար: Այս տվյալների ստեղծման բազմաթիվ տարբեր մոտեցումներ կարելի է բաժանել վերլուծական և էմպիրիկ մեթոդների: Էմպիրիկ մեթոդները ստեղծում են ձախողման չափանիշների տվյալներ՝ բաղադրիչների փորձնական նմուշները բեռնելով պահանջվող դինամիկ բեռի վրա: Ցավոք, գործնականում հնարավոր մուտքային տվյալների լայն շրջանակի (բաղադրիչների տեսակները, PCB հաստությունները և բեռները), հրապարակված տվյալները դժվար թե ուղղակիորեն կիրառելի լինեն, քանի որ տվյալները վավեր են միայն շատ հատուկ դեպքերում: Վերլուծական մեթոդները չեն տուժում նման թերություններից և ունեն շատ ավելի լայն կիրառելիություն:

8.2.1. Էմպիրիկ ձախողման չափանիշներ

Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, էմպիրիկ մոդելների մեծ մասի սահմանափակումն այն է, որ դրանք կիրառելի են միայն նույն PCB հաստությամբ, համանման բաղադրիչների տեսակներով և մուտքային բեռով կազմաձևումների համար, ինչը քիչ հավանական է: Այնուամենայնիվ, առկա գրականությունը օգտակար է հետևյալ պատճառներով. այն ապահովում է ձախողման փորձարկումների կատարման լավ օրինակներ, ընդգծում է ձախողման չափանիշների տարբեր տարբերակներ և արժեքավոր տեղեկատվություն է տրամադրում ձախողման մեխանիզմի վերաբերյալ: Լին [37] ստեղծեց էմպիրիկ մոդել՝ կանխատեսելու 272 փին BGA և 160 փին QFP փաթեթների հուսալիությունը։ Հաղորդիչների և փաթեթի մարմնում հոգնածության վնասը հետազոտվում է, և փորձարարական արդյունքները լավ համընկնում են սթրեսի վրա հիմնված վնասի վերլուծության հետ, որը հաշվարկվում է մանրամասն FE մոդելի միջոցով (տես նաև Li and Poglitsch [38,39]): Գործընթացը առաջացնում է կուտակային վնաս թրթռման մուտքային ազդանշանի թրթռման արագացման տվյալ մակարդակի համար:
Լաուն և ուրիշները [36] գնահատել են հատուկ բաղադրիչների հուսալիությունը ցնցումների և թրթռումային բեռնման պայմաններում՝ օգտագործելով Weibull վիճակագրությունը։ Liguore-ը և Followell-ը [40] ուսումնասիրել են LLCC-ի և J-lead բաղադրիչների խափանումները՝ փոփոխելով տեղական արագացումը սպասարկման ցիկլերում: Տեղական արագացումն օգտագործվում է ի տարբերություն շասսիի մուտքային արագացման, և հետազոտվել է ջերմաստիճանի ազդեցությունը թեստի արդյունքների վրա: Հոդվածում հղում է կատարվում նաև PCB հաստության ազդեցության հետազոտությանը բաղադրիչի հուսալիության վրա:

Գուոն և Ժաոն [21] համեմատում են բաղադրիչների հուսալիությունը, երբ տեղական ոլորման կորությունը օգտագործվում է որպես բեռ, ի տարբերություն նախորդ ուսումնասիրությունների, որոնք օգտագործում էին արագացում։ Հոգնածության վնասը մոդելավորվում է, այնուհետև FE մոդելը համեմատվում է փորձարարական արդյունքների հետ: Հոդվածում քննարկվում է նաև բաղադրիչների դասավորության օպտիմալացումը՝ հուսալիությունը բարելավելու համար:

Համը և Լին [22] ներկայացնում են փորձնական տվյալների մեթոդ ցիկլային շրջադարձային բեռնման տակ կապարի զոդման լարումների որոշման խնդրի համար: Էսթեսը և այլոք [15] դիտարկել են կուլտուրաների բաղադրիչների խափանումների խնդիրը (ԳՕՍՏ IEC 61188-5-5-2013) կիրառական մուտքային արագացումով և ջերմային բեռով: Հետազոտված բաղադրիչներն են չիպային փաթեթի տեսակները CQFP 352, 208, 196, 84 և 28, ինչպես նաև FP 42 և 10: Հոդվածը նվիրված է էլեկտրոնային բաղադրիչների խափանումներին գեոստացիոնար Երկրի արբանյակի ուղեծրի տատանումների պատճառով, ժամանակը: խափանումների միջև տրված է գեոստացիոնար կամ ցածր Երկրի ուղեծրերի վրա թռիչքի տարիների առումով: Նշվում է, որ gullwing լարերի խափանումն ավելի հավանական է փաթեթի մարմնի հետ շփման վայրերում, քան զոդման հանգույցում:

Ջիհը և Յունգը [30] հաշվի են առնում սարքավորումների խափանումները, որոնք առաջացել են զոդման միացման բնածին արտադրական թերությունների պատճառով: Սա արվում է՝ ստեղծելով PCB-ի շատ մանրամասն FE մոդել և գտնելով հզորության սպեկտրային խտությունը (PSD) տարբեր արտադրական ճաքերի երկարությունների համար: Ligyore, Followell [40] և Shetty, Reinikainen [58] առաջարկում են, որ էմպիրիկ մեթոդները արտադրում են առավել ճշգրիտ և օգտակար խափանումների տվյալները հատուկ միացված բաղադրիչների կոնֆիգուրացիաների համար: Այս տեսակի մեթոդներն օգտագործվում են, եթե որոշակի մուտքային տվյալներ (տախտակի հաստությունը, բաղադրիչի տեսակը, կորության տիրույթը) կարող են անփոփոխ մնալ դիզայնի ողջ ընթացքում, կամ եթե օգտագործողը կարող է իրեն թույլ տալ կատարել այս տեսակի իրական փորձարկումներ:

8.2.2. Անալիտիկ ձախողման չափանիշ

Անկյունային հոդերի SMT մոդելներ

Տարբեր հետազոտողներ, ովքեր ուսումնասիրում են SMT անկյունային կապի խափանումները, ենթադրում են, որ սա ձախողման ամենատարածված պատճառն է: Սիդհարթի և Բարկերի աշխատությունները [59] ավարտում են թղթերի ավելի վաղ շարքը՝ ներկայացնելով SMT անկյունային լարերի և հանգույցի կապարի բաղադրիչների լարվածությունը որոշելու մոդել: Առաջարկվող մոդելն ունի 7%-ից պակաս սխալ՝ համեմատած վեց վատագույն սցենարների մանրամասն FE մոդելի հետ: Մոդելը հիմնված է բանաձևի վրա, որը նախկինում հրապարակվել էր Բարկերի և Սիդհարթի կողմից [4], որտեղ մոդելավորվել էր կցված մասի շեղումը, որը ենթարկվում է ճկման մոմենտի։ Սուխիրի աշխատությունը [63] վերլուծական կերպով ուսումնասիրում է փաթեթների տերմինալներում սպասվող լարումները՝ կապված տեղական կիրառվող ճկման պահերի հետ: Բարքերն ու Սիդհարթը [4] հիմնվում են Սուխիրի [63], Բարկեր և այլոք [4] աշխատանքի վրա, որը դիտարկում է առաջատար պտտվող կոշտության ազդեցությունը։ Վերջապես, Barker-ը և այլոք [7] օգտագործեցին FE մոդելներ՝ ուսումնասիրելու կապարի ծավալային տատանումների ազդեցությունը կապարի հոգնածության կյանքի վրա:

Այստեղ տեղին է հիշատակել JEDEC կապարի զսպանակների հաստատունների վերաբերյալ աշխատանքը, որը մեծապես պարզեցրել է կապարի բաղադրիչների մոդելների ստեղծումը [33-35]: Զսպանակային հաստատունները կարող են օգտագործվել կապարի միացումների մանրամասն մոդելի փոխարեն, FE մոդելի կառուցման և լուծման համար պահանջվող ժամանակը կկրճատվի մոդելում: Նման հաստատունների օգտագործումը բաղադրիչի FE մոդելում կկանխի կապարի տեղական լարումների ուղղակի հաշվարկը: Փոխարենը կտրվի կապարի ընդհանուր դեֆորմացիան, որն այնուհետև պետք է կապված լինի կապարի տեղական լարումների կամ կապարի ձախողման չափանիշների հետ՝ հիմնված արտադրանքի կյանքի ցիկլի վրա:

Նյութական հոգնածության տվյալներ

Զոդման և բաղադրիչների համար օգտագործվող նյութերի խափանման վերաբերյալ տվյալների մեծ մասը հիմնականում կապված է ջերմային խափանումների հետ, և համեմատաբար քիչ տվյալներ կան՝ կապված հոգնածության ձախողման հետ: Այս ոլորտում հիմնական հղումը տրամադրում է Սանդորը [56], ով տրամադրում է տվյալներ զոդման համաձուլվածքների հոգնածության և խափանման մեխանիզմի մասին։ Սթայնբերգը [62] համարում է զոդման նմուշների ձախողումը։ Ստանդարտ զոդերի և լարերի հոգնածության տվյալները հասանելի են Յամադայի թղթում [69]:

Նկ. 4. QFP բաղադրիչների ձեռնարկի սովորական խափանման դիրքը մոտ է փաթեթի մարմնին:

Զոդման անջատման հետ կապված ձախողումների մոդելավորումը դժվար է այս նյութի անսովոր հատկությունների պատճառով: Այս հարցի լուծումը կախված է այն բաղադրիչից, որը պետք է փորձարկվի: Հայտնի է, որ QFP փաթեթների համար դա սովորաբար հաշվի չի առնվում, և հուսալիությունը գնահատվում է տեղեկատու գրականության միջոցով: Բայց եթե հաշվարկվում է մեծ BGA և PGA բաղադրիչների զոդումը, ապա կապարի միացումները, իրենց անսովոր հատկությունների պատճառով, կարող են ազդել արտադրանքի ձախողման վրա: Այսպիսով, QFP փաթեթների համար կապարի հոգնածության հատկությունները ամենաօգտակար տեղեկատվությունն են: BGA-ի համար ավելի օգտակար է ակնթարթային պլաստիկ դեֆորմացման ենթարկված զոդման հոդերի ամրության մասին տեղեկատվությունը [14]: Ավելի մեծ բաղադրիչների համար Սթայնբերգը [62] տրամադրում է զոդման հոդերի հեռացման լարման տվյալներ:

Ծանր բաղադրիչների ձախողման մոդելներ

Ծանր բաղադրիչների համար գոյություն ունեցող միակ խափանման մոդելները ներկայացված են Ստայնբերգի աշխատության մեջ [62], որն ուսումնասիրում է բաղադրիչների առաձգական ուժը և տալիս է օրինակ, թե ինչպես կարելի է հաշվարկել առավելագույն թույլատրելի լարվածությունը, որը կարող է կիրառվել կապարի միացման վրա:

8.3. Եզրակացություններ PoF մոդելների կիրառելիության վերաբերյալ

PoF մեթոդների վերաբերյալ գրականության մեջ արվել են հետևյալ եզրակացությունները.

Տեղական արձագանքը կարևոր է բաղադրիչի ձախողումը կանխատեսելու համար: Ինչպես նշվել է Li, Poglitsch-ում [38], PCB-ի եզրերին գտնվող բաղադրիչներն ավելի քիչ ենթակա են խափանումների, քան PCB-ի կենտրոնում տեղակայվածները՝ ճկման տեղային տարբերությունների պատճառով: Հետևաբար, PCB-ի տարբեր վայրերում գտնվող բաղադրիչները խափանման տարբեր հավանականություններ կունենան:

Տեղական տախտակի կորությունը համարվում է ավելի կարևոր ձախողման չափանիշ, քան արագացումը SMT բաղադրիչների համար: Վերջին աշխատանքները [38,57,62,67] ցույց են տալիս, որ տախտակի կորությունը ձախողման հիմնական չափանիշն է:

Փաթեթների տարբեր տեսակներ՝ և՛ կապանքների քանակով, և՛ օգտագործվող տեսակով, իրենց էությամբ ավելի հուսալի են, քան մյուսները՝ անկախ կոնկրետ տեղական միջավայրից [15,36,38]:
Ջերմաստիճանը կարող է ազդել բաղադրիչների հուսալիության վրա: Liguore-ը և Followell-ը [40] նշում են, որ հոգնածության կյանքն ամենաբարձրն է 0 ◦C-ից մինչև 65 ◦C ջերմաստիճանի միջակայքում, նկատելի նվազումով -30 ◦C-ից ցածր և 95 ◦C-ից բարձր ջերմաստիճաններում: QFP բաղադրիչների համար այն վայրը, որտեղ մետաղալարը կցվում է փաթեթին (տես նկ. 4) համարվում է առաջնային անսարքության տեղ, այլ ոչ թե զոդման հանգույցը [15,22,38]:

Տախտակի հաստությունը որոշակի ազդեցություն ունի SMT բաղադրիչների հոգնածության կյանքի վրա, քանի որ BGA հոգնածության ժամկետը ցույց է տրվել, որ նվազում է մոտավորապես 30-50 անգամ, եթե տախտակի հաստությունը բարձրացվի 0,85 մմ-ից մինչև 1,6 մմ (միաժամանակ պահպանելով մշտական ​​ընդհանուր կորություն) [13] . Բաղադրիչների լարերի ճկունությունը (համապատասխանությունը) զգալիորեն ազդում է ծայրամասային կապարի բաղադրիչների հուսալիության վրա [63], սակայն սա ոչ գծային հարաբերություն է, և միջանկյալ կապի լարերը ամենաքիչ հուսալին են:

8.4. Ծրագրային մեթոդներ

Մերիլենդի համալսարանի Ընդլայնված կյանքի ցիկլի ճարտարագիտության կենտրոնը (CALCE) տրամադրում է ծրագրակազմ տպագիր տպատախտակների թրթռման և ցնցումների արձագանքը հաշվարկելու համար: Ծրագիրը (անունը CALCE PWA) ունի օգտատիրոջ միջերես, որը պարզեցնում է FE մոդելի գործարկման գործընթացը և ավտոմատ կերպով մուտքագրում է պատասխանի հաշվարկը թրթռման մոդելի մեջ: Չկան ենթադրություններ, որոնք օգտագործվում են FE արձագանքման մոդելի ստեղծման համար, և օգտագործված ձախողման չափանիշները վերցված են Steinberg-ից [61] (չնայած, որ Բարքերսի մեթոդը [48] նույնպես ակնկալվում է իրականացնել): Սարքավորման հուսալիությունը բարելավելու ընդհանուր առաջարկություններ տրամադրելու համար նկարագրված ծրագրաշարը լավ է աշխատում, հատկապես, քանի որ այն միաժամանակ հաշվի է առնում ջերմային ազդեցությամբ լարումները և պահանջում է նվազագույն մասնագիտացված գիտելիքներ, սակայն մոդելներում խափանման չափանիշների ճշգրտությունը փորձնականորեն չի ստուգվել:

9. Սարքավորումների հուսալիության բարձրացման մեթոդներ

Այս բաժնում կքննարկվեն հետնախագծային փոփոխությունները, որոնք բարելավում են էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիությունը: Դրանք բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ նրանք, որոնք փոխում են PCB-ի սահմանային պայմանները, և նրանք, որոնք մեծացնում են խոնավացումը:

Սահմանային պայմանների փոփոխությունների հիմնական նպատակը տպագիր տպատախտակի դինամիկ շեղումը նվազեցնելն է, դա կարելի է հասնել կողիկներն ամրացնելու, լրացուցիչ հենարանների կամ մուտքային միջավայրի թրթռումը նվազեցնելու միջոցով: Ամրացուցիչները կարող են օգտակար լինել, քանի որ դրանք մեծացնում են բնական հաճախականությունները՝ դրանով իսկ նվազեցնելով դինամիկ շեղումը [62], նույնը վերաբերում է լրացուցիչ հենարանների ավելացմանը [3], չնայած հենարանների տեղադրությունը կարող է նաև օպտիմիզացվել, ինչպես ցույց է տրված JH Ong-ի և Lim-ի աշխատություններում [40]: XNUMX]։ Ցավոք, կողիկներն ու հենարանները սովորաբար պահանջում են դասավորության վերանախագծում, ուստի այս տեխնիկան լավագույնս դիտարկվում է նախագծման ցիկլի սկզբում: Ի լրումն, պետք է ուշադրություն դարձնել, որպեսզի փոփոխությունները չփոխեն բնական հաճախականությունները, որպեսզի համապատասխանեն կրող կառուցվածքի բնական հաճախականություններին, քանի որ դա հակաարդյունավետ կլինի:

Մեկուսացման ավելացումը բարելավում է արտադրանքի հուսալիությունը՝ նվազեցնելով դինամիկ միջավայրի ազդեցությունը, որը փոխանցվում է սարքավորումներին, և դա կարող է հասնել պասիվ կամ ակտիվ:
Պասիվ մեթոդները սովորաբար պարզ և ավելի էժան են իրագործման համար, ինչպիսիք են մալուխային մեկուսիչների օգտագործումը [66] կամ ձևի հիշողության համաձուլվածքների կեղծ առաձգական հատկությունների օգտագործումը (SMA) [32]: Այնուամենայնիվ, հայտնի է, որ վատ նախագծված մեկուսարաններն իրականում կարող են մեծացնել արձագանքը:
Ակտիվ մեթոդներն ապահովում են ավելի լավ խոնավացում ավելի լայն հաճախականության տիրույթում, սովորաբար պարզության և զանգվածի հաշվին, ուստի դրանք սովորաբար նախատեսված են շատ զգայուն ճշգրիտ գործիքների ճշգրտությունը բարելավելու համար, քան վնասը կանխելու համար: Ակտիվ թրթռումային մեկուսացումը ներառում է էլեկտրամագնիսական [60] և պիեզոէլեկտրական մեթոդներ [18,43]: Ի տարբերություն սահմանային պայմանների փոփոխման մեթոդների, խամրման փոփոխման նպատակն է նվազեցնել էլեկտրոնային սարքավորումների գագաթնակետային ռեզոնանսային արձագանքը, մինչդեռ իրական բնական հաճախականությունները պետք է միայն մի փոքր փոխվեն:

Ինչպես թրթռումային մեկուսացման դեպքում, խոնավացումը կարող է իրականացվել կա՛մ պասիվ, կա՛մ ակտիվ, առաջինի դեպքում դիզայնի նմանատիպ պարզեցումներով, իսկ երկրորդում՝ ավելի մեծ բարդությամբ և խոնավացումով:

Պասիվ մեթոդները ներառում են, օրինակ, շատ պարզ մեթոդներ, ինչպիսիք են նյութի կապը, դրանով իսկ մեծացնելով տպագիր տպատախտակի խոնավացումը [62]: Ավելի բարդ մեթոդները ներառում են մասնիկների խոնավացումը [68] և լայնաշերտ դինամիկ կլանիչների օգտագործումը [25]:

Ակտիվ թրթռումների կառավարումը սովորաբար իրականացվում է տպագիր տպատախտակի մակերեսին միացված պիեզոկերամիկական տարրերի օգտագործմամբ [1,45]: Կարծրացման մեթոդների կիրառումը հատուկ է գործին և պետք է ուշադիր դիտարկվի այլ մեթոդների հետ կապված: Այս տեխնիկայի կիրառումը սարքավորումների վրա, որոնք հայտնի չեն հուսալիության հետ կապված խնդիրներով, պարտադիր չէ, որ բարձրացնեն դիզայնի արժեքը և քաշը: Այնուամենայնիվ, եթե հաստատված դիզայնով արտադրանքը փորձարկման ընթացքում ձախողվի, կարող է լինել շատ ավելի արագ և հեշտ կիրառել կառուցվածքային կարծրացման տեխնիկան, քան սարքավորումը վերանախագծելը:

10. Մեթոդների մշակման հնարավորություններ

Այս բաժինը մանրամասնում է էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության կանխատեսումը բարելավելու հնարավորությունները, թեև օպտոէլեկտրոնիկայի, նանոտեխնոլոգիայի և փաթեթավորման տեխնոլոգիաների վերջին ձեռքբերումները շուտով կարող են սահմանափակել այս առաջարկների կիրառելիությունը: Հուսալիության կանխատեսման չորս հիմնական մեթոդները կարող են չկիրառվել սարքի նախագծման ժամանակ: Միակ գործոնը, որը կարող է նման մեթոդներն ավելի գրավիչ դարձնել, կլինի լիովին ավտոմատացված, ցածր գնով արտադրության և փորձարկման տեխնոլոգիաների զարգացումը, քանի որ դա թույլ կտա առաջարկվող դիզայնը կառուցել և փորձարկել շատ ավելի արագ, քան ներկայումս հնարավոր է՝ նվազագույն մարդկային ջանքերով:

PoF մեթոդը բարելավման շատ տեղ ունի: Հիմնական ոլորտը, որտեղ այն կարող է բարելավվել, ինտեգրումն է ընդհանուր նախագծման գործընթացին: Էլեկտրոնային սարքավորումների նախագծումը կրկնվող գործընթաց է, որը մշակողին մոտեցնում է ավարտված արդյունքին միայն էլեկտրոնիկայի, արտադրության և ջերմային ճարտարագիտության և կառուցվածքային նախագծման ոլորտում մասնագիտացած ինժեներների հետ համագործակցությամբ: Մեթոդը, որն ավտոմատ կերպով լուծում է այս հարցերից մի քանիսը միաժամանակ, կնվազեցնի նախագծման կրկնությունների քանակը և զգալի ժամանակ կխնայի, հատկապես միջգերատեսչական հաղորդակցության ծավալը հաշվի առնելով: PoF մեթոդների բարելավման այլ ոլորտները կբաժանվեն արձագանքման կանխատեսման և ձախողման չափանիշների տեսակների:

Արձագանքների կանխատեսումն ունի երկու հնարավոր ուղիներ՝ կա՛մ ավելի արագ, ավելի մանրամասն մոդելներ, կա՛մ բարելավված, պարզեցված մոդելներ: Գնալով ավելի հզոր համակարգչային պրոցեսորների գալուստով, մանրամասն FE մոդելների լուծման ժամանակը կարող է դառնալ բավականին կարճ, մինչդեռ, միևնույն ժամանակ, ժամանակակից ծրագրաշարի շնորհիվ կրճատվում է արտադրանքի հավաքման ժամանակը, ինչը, ի վերջո, նվազագույնի է հասցնում մարդկային ռեսուրսների արժեքը: Պարզեցված FE մեթոդները կարող են նաև բարելավվել FE մոդելների ավտոմատ ստեղծման գործընթացի միջոցով, որը նման է FE-ի մանրամասն մեթոդների համար առաջարկվողներին: Այս նպատակով ներկայումս հասանելի է ավտոմատ ծրագրակազմ (CALCE PWA), սակայն տեխնոլոգիան գործնականում լավ ապացուցված չէ, և մոդելավորման ենթադրությունները անհայտ են:

Պարզեցման տարբեր մեթոդներին բնորոշ անորոշության հաշվարկը շատ օգտակար կլինի՝ թույլ տալով կիրառել սխալների հանդուրժողականության օգտակար չափանիշներ:

Վերջապես, կցված բաղադրիչներին ավելի կոշտություն հաղորդելու տվյալների բազան կամ մեթոդը օգտակար կլինի, որտեղ կոշտության այս բարձրացումները կարող են օգտագործվել արձագանքման մոդելների ճշգրտությունը բարելավելու համար: Բաղադրիչների խափանման չափանիշների ստեղծումը կախված է տարբեր արտադրողների նմանատիպ բաղադրիչների միջև աննշան տատանումներից, ինչպես նաև փաթեթավորման նոր տեսակների հնարավոր զարգացումից, քանի որ խափանման չափանիշները որոշելու ցանկացած մեթոդ կամ տվյալների բազա պետք է հաշվի առնի այդպիսի փոփոխականությունը և փոփոխությունները:

Լուծումներից մեկը կլինի մեթոդ/ծրագրակազմի ստեղծումը, որն ավտոմատ կերպով կառուցում է մանրամասն FE մոդելներ՝ հիմնված մուտքային պարամետրերի վրա, ինչպիսիք են կապարի և փաթեթավորման չափերը: Այս մեթոդը կարող է իրագործելի լինել ընդհանուր միատեսակ ձևի բաղադրիչների համար, ինչպիսիք են SMT կամ DIP բաղադրիչները, բայց ոչ բարդ անկանոն բաղադրիչների համար, ինչպիսիք են տրանսֆորմատորները, խեղդվողները կամ հատուկ բաղադրիչները:

Հետագա FE մոդելները կարող են լուծվել սթրեսների համար և զուգակցվել նյութի խափանումների տվյալների հետ (S-N պլաստիկության կորի տվյալներ, կոտրվածքների մեխանիկա կամ նմանատիպեր)՝ բաղադրիչի կյանքը հաշվարկելու համար, չնայած նյութի խափանումների տվյալները պետք է լինեն բարձր որակի: FE գործընթացը պետք է փոխկապակցված լինի իրական փորձարկման տվյալների հետ, նախընտրելի է, որքան հնարավոր է լայն կոնֆիգուրացիաներ:

Նման գործընթացում ներգրավված ջանքերը համեմատաբար փոքր են՝ համեմատած ուղղակի լաբորատոր փորձարկման այլընտրանքի հետ, որը պետք է կատարի վիճակագրորեն զգալի թվով թեստեր տարբեր PCB հաստությունների, տարբեր բեռնվածության ինտենսիվության և բեռնվածքի ուղղությունների վրա, նույնիսկ հարյուրավոր տարբեր բաղադրիչների տեսակների դեպքում, որոնք հասանելի են բազմաթիվ համար: տախտակների տեսակները. Պարզ լաբորատոր փորձարկման առումով կարող է լինել յուրաքանչյուր թեստի արժեքը բարելավելու մեթոդ:

Եթե ​​գոյություն ունենար որոշակի փոփոխականների փոփոխության պատճառով լարվածության հարաբերական աճը հաշվարկելու մեթոդ, ինչպիսիք են PCB հաստությունը կամ կապարի չափերը, ապա բաղադրիչի կյանքի փոփոխությունը կարող էր հետագայում գնահատվել: Նման մեթոդը կարող է ստեղծվել՝ օգտագործելով FE վերլուծություն կամ վերլուծական մեթոդներ, որոնք, ի վերջո, կհանգեցնեն անսարքության չափանիշները գոյություն ունեցող տվյալներից հաշվելու պարզ բանաձևի:

Ի վերջո, ակնկալվում է, որ կստեղծվի մի մեթոդ, որը կմիավորի առկա բոլոր տարբեր գործիքները՝ FE վերլուծություն, թեստային տվյալներ, անալիտիկ վերլուծություն և վիճակագրական մեթոդներ՝ մատչելի սահմանափակ ռեսուրսներով հնարավոր խափանումների առավել ճշգրիտ տվյալներ ստեղծելու համար: PoF մեթոդի բոլոր առանձին տարրերը կարող են բարելավվել՝ գործընթացի մեջ ներդնելով ստոխաստիկ մեթոդներ՝ հաշվի առնելու էլեկտրոնային նյութերի և արտադրության փուլերի փոփոխականության ազդեցությունը: Սա արդյունքները կդարձնի ավելի իրատեսական՝ միգուցե հանգեցնելով այնպիսի սարքավորումների ստեղծման գործընթացի, որն ավելի կայուն է փոփոխականության համար՝ նվազագույնի հասցնելով արտադրանքի դեգրադացիան (ներառյալ քաշը և արժեքը):

Ի վերջո, նման բարելավումները կարող են թույլ տալ նույնիսկ իրական ժամանակում գնահատել սարքավորումների հուսալիությունը նախագծման գործընթացում՝ անմիջապես առաջարկելով բաղադրիչների ավելի անվտանգ տարբերակներ, դասավորություններ կամ այլ առաջարկներ՝ հուսալիությունը բարելավելու համար՝ միաժամանակ անդրադառնալով այլ խնդիրներին, ինչպիսիք են էլեկտրամագնիսական միջամտությունը (EMI), ջերմային և արդյունաբերական:

11. Եզրակացություն

Այս վերանայումը ներկայացնում է էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության կանխատեսման բարդությունները, հետևելով չորս տեսակի վերլուծության մեթոդների էվոլյուցիան (կարգավորող գրականություն, փորձարարական տվյալներ, թեստի տվյալներ և PoF), ինչը հանգեցնում է այս տեսակի մեթոդների սինթեզին և համեմատմանը: Նշվում է, որ տեղեկանքային մեթոդներն օգտակար են միայն նախնական ուսումնասիրությունների համար, փորձարարական տվյալների մեթոդներն օգտակար են միայն այն դեպքում, եթե առկա են ժամանակի լայնածավալ և ճշգրիտ տվյալներ, իսկ թեստային տվյալների մեթոդները կենսական նշանակություն ունեն նախագծման որակավորման թեստավորման համար, բայց անբավարար՝ օպտիմալացման համար:

PoF մեթոդները քննարկվում են ավելի մանրամասն, քան նախորդ գրականության ակնարկներում՝ հետազոտությունը բաժանելով կանխատեսման չափանիշների և ձախողման հավանականության կատեգորիաների: «Արձագանքման կանխատեսում» բաժինը վերանայում է բաշխված հատկությունների, սահմանային պայմանների մոդելավորման և FE մոդելների մանրամասների մակարդակների վերաբերյալ գրականությունը: Արձագանքների կանխատեսման մեթոդի ընտրությունը ցույց է տրված, որ փոխզիջում է ճշտության և ժամանակի միջև՝ FE մոդելը ստեղծելու և լուծելու համար՝ կրկին ընդգծելով սահմանային պայմանների ճշգրտության կարևորությունը: «Խափանման չափանիշներ» բաժինը քննարկում է ձախողման էմպիրիկ և վերլուծական չափանիշները, SMT տեխնոլոգիայի համար ներկայացված են մոդելների և ծանր բաղադրիչների վերանայումներ:
Էմպիրիկ մեթոդները կիրառելի են միայն շատ կոնկրետ դեպքերի համար, թեև դրանք ապահովում են հուսալիության փորձարկման մեթոդների լավ օրինակներ, մինչդեռ վերլուծական մեթոդները կիրառելիության շատ ավելի լայն շրջանակ ունեն, բայց ավելի բարդ են իրականացնելու համար: Մասնագիտացված ծրագրային ապահովման վրա հիմնված ձախողումների վերլուծության առկա մեթոդների համառոտ քննարկում է տրվում: Վերջապես, հուսալիության կանխատեսման ապագայի հետևանքները ներկայացված են՝ հաշվի առնելով այն ուղղությունները, որոնցում կարող են զարգանալ հուսալիության կանխատեսման մեթոդները:

Գրականություն[1] G. S. Aglietti, R. S. Langley, E. Rogers and S. B. Gabriel, Սարքավորումներով բեռնված վահանակի արդյունավետ մոդել՝ ակտիվ կառավարման դիզայնի ուսումնասիրությունների համար, The Journal of the Acoustical Society of America 108 (2000), 1663–1673:
[2] GS Aglietti, Էլեկտրոնիկայի ավելի թեթև պարիսպ տիեզերական կիրառությունների համար, մեքենաշինական ինժեներների ինստիտուտի աշխատություն 216 (2002), 131–142:
[3] G. S. Aglietti և C. Schwingshackl, Տիեզերական կիրառությունների էլեկտրոնային սարքավորումների պարիսպների և հակաթրթռային սարքերի վերլուծություն, Տիեզերական տիեզերանավերի կառուցվածքների դինամիկայի և կառավարման 6-րդ միջազգային կոնֆերանսի նյութեր, Ռիոմաջորե, Իտալիա, (2004 թ.):
[4] D. B. Barker and Y. Chen, Modeling the vibration restraints of wedge lock card guides, ASME Journal of Electronic Packaging 115(2) (1993), 189–194:
[5] D. B. Barker, Y. Chen and A. Dasgupta, Գնահատելով թրթռումային հոգնածության կյանքը չորս կապարով մակերեսային ամրացման բաղադրիչների, ASME Journal of Electronic Packaging 115(2) (1993), 195–200:
[6] D. B. Barker, A. Dasgupta and M. Pecht, PWB solder joint life calculations under thermal and vibrational loading, Annual Reliability and Maintainability Symposium, 1991 Proceedings (Cat. No. 91CH2966-0), 451–459:
[7] D. B. Barker, I. Sharif, A. Dasgupta and M. Pecht, SMC կապարի ծավալային փոփոխականության ազդեցությունը կապարի համապատասխանության և զոդման հոդերի հոգնածության վրա, ASME Journal of Electronic Packaging 114(2) (1992), 177–184:
[8] D. B. Barker and K. Sidharth, Local PWB և կոմպոնենտի խոնարհում, որը ենթակա է ճկման պահի, Ամերիկյան մեխանիկական ինժեներների միություն (Թուղթ) (1993), 1–7։
[9] J. Bowles, A Survey of reliability-prediction procedures for microelectronic devices, IEEE Transactions on Reliability 41(1) (1992), 2–12:
[10] AO Cifuentes, Գնահատելով տպագիր տպատախտակների դինամիկ վարքագիծը, IEEE գործարքներ բաղադրիչների, փաթեթավորման և արտադրական տեխնոլոգիայի մաս Բ. առաջադեմ փաթեթավորում 17(1) (1994), 69–75:
[11] L. Condra, C. Bosco, R. Deppe, L. Gullo, J. Treacy and C. Wilkinson, Reliability գնահատում օդատիեզերական էլեկտրոնային սարքավորումների, Quality and Reliability Engineering International 15(4) (1999), 253–260 .
[12] M. J. Cushing, D. E. Mortin, T. J. Stadterman and A. Malhotra, Comparison of electronics-reliability գնահատման մոտեցումներ, IEEE Transactions on Reliability 42(4) (1993), 542–546:
[13] R. Darveaux and A. Syed, Reliability of area array solder joints in bending, SMTA International Proceedings of the Technical Program (2000), 313–324:
[14] N. F. Enke, T. J. Kilinski, S. A. Schroeder and J. R. Lesniak, Mechanical behaviors of 60/40 tin-lead solder lap joints, Proceedings – Electronic Components Conference 12 (1989), 264–272:
[15] T. Estes, W. Wong, W. McMullen, T. Berger and Y. Saito, 2-րդ դասի կրունկի ֆիլեների հուսալիությունը ճայի թևերի կապարով բաղադրիչների վրա։ Aerospace Conference, Proceedings 6 (2003), 6-2517–6 C2525
[16] FIDES, FIDES ուղեցույց 2004 թողարկում A Reliability Methodology for Electronic Systems. FIDES Group, 2004 թ.
[17] B. Foucher, D. Das, J. Boullie and B. Meslet, A review of reliability prediction method for electronic devices, Microelectronics Reliability 42(8) (2002), 1155–1162:
[18] Ջ. Գարսիա-Բոնիտո, Մ. Բրեննան, Ս. Էլիոթ, Ա. Դեյվիդ և Ռ. Փիննինգթոն, Նոր բարձր տեղաշարժով պիեզոէլեկտրական ակտուատոր ակտիվ թրթռումների կառավարման համար, Խելացի նյութեր և կառուցվածքներ 7(1) (1998), 31 -42.
[19] W. Gericke, G. Gregoris, I. Jenkins, J. Jones, D. Lavielle, P. Lecuyer, J. Lenic, C. Neugnot, M. Sarno, E. Torres and E. Vergnault, A methodology to գնահատել և ընտրել համապատասխան հուսալիության կանխատեսման մեթոդ տիեզերական կիրառություններում eee բաղադրիչների համար, Եվրոպական տիեզերական գործակալություն, (Հատուկ հրատարակություն) ESA SP (507) (2002), 73–80:
[20] L. Gullo, Ներծառայության ընթացքում հուսալիության գնահատումը և վերևից ներքև մոտեցումը ապահովում է հուսալիության կանխատեսման այլընտրանքային մեթոդ: Annual Reliability and Maintainability, Symposium Proceedings (Cat. No. 99CH36283), 1999, 365–377:
[21] Ք. Գուո և Մ. Ժաո, SMT զոդման միացման հոգնածություն, ներառյալ ոլորման կորությունը և չիպի տեղակայման օպտիմալացումը, Առաջադեմ արտադրական տեխնոլոգիաների միջազգային հանդես 26(7–8) (2005), 887–895։
[22] Ս.-Ջ. Խոզապուխտը եւ Ս.-Բ. Լի, Փորձարարական ուսումնասիրություն թրթռման տակ էլեկտրոնային փաթեթավորման հուսալիության համար, Experimental Mechanics 36(4) (1996), 339–344:
[23] Դ. Հարթ, Բաղադրիչի կապարի հոգնածության փորձարկումը պատված անցքի մեջ, IEEE Proceedings of the National Aerospace and Electronics Conference (1988), 1154–1158:
[24] T. Y. Hin, K. S. Beh և K. Seetharamu, Դինամիկ փորձարկման տախտակի մշակում FCBGA զոդման հոդերի հուսալիության գնահատման ցնցում և թրթռում: Էլեկտրոնիկայի փաթեթավորման տեխնոլոգիայի 5-րդ կոնֆերանսի նյութեր (EPTC 2003), 2003, 256–262.58
[25] V. Ho, A. Veprik and V. Babitsky, Ruggedizing printed circuit boards using a wideband dynamic absorber, Shock and Vibration 10(3) (2003), 195–210:
[26] IEEE, IEEE ուղեցույց՝ հուսալիության կանխատեսումների ընտրության և օգտագործման համար՝ հիմնված ieee 1413, 2003, v+90 C:
[27] T. Jackson, S. Harbater, J. Sketoe and T. Kinney, Տիեզերական համակարգերի հուսալիության մոդելների ստանդարտ ձևաչափերի մշակում, տարեկան հուսալիության և պահպանման սիմպոզիում, 2003 Proceedings (Cat. No. 03CH37415), 269–276:
[28] F. Jensen, Electronic Component Reliability, Wiley, 1995 թ.
[29] J. H. Ong և G. Lim, Կառուցվածքների հիմնարար հաճախականությունը առավելագույնի հասցնելու պարզ տեխնիկա, ASME Journal of Electronic Packaging 122 (2000), 341–349:
[30] Է. Ջիհ և Վ. Յունգ, Մակերեւութային ամրացման զոդման հոդերի թրթռումային հոգնածություն։ Thermfl98. Էլեկտրոնային համակարգերում ջերմային և ջերմամեխանիկական երևույթների մասին վեցերորդ միջհասարակական կոնֆերանս (Cat. No. 98CH36208), 1998, 246–250:
[31] Բ. Ջոնսոն և Լ. Գուլլո, Հուսալիության գնահատման և կանխատեսման մեթոդոլոգիայի բարելավումներ: Հուսալիության և պահպանման ամենամյա սիմպոզիում: 2000 Վարույթ. Արտադրանքի որակի և ամբողջականության միջազգային սիմպոզիում (Cat. No. 00CH37055), 2000, -:181–187.
[32] M. Khan, D. Lagoudas, J. Mayes and B. Henderson, Pseudoelastic SMA զսպանակային տարրեր պասիվ թրթռման մեկուսացման համար. մաս I մոդելավորում, Խելացի նյութական համակարգերի և կառուցվածքների ամսագիր 15(6) (2004), 415–441 .
[33] R. Kotlowitz, Comparative compliance of ներկայացուցչական կապարի նախագծման մակերեսի վրա տեղադրված բաղադրիչների համար, IEEE Transactions on Components, Hybrids and Manufacturing Technology 12(4) (1989), 431–448:
[34] R. Kotlowitz, Համապատասխանության չափումներ մակերեւութային մոնտաժային բաղադրիչի կապարի նախագծման համար: 1990 Գիտական ​​նյութեր. Էլեկտրոնային բաղադրիչների և տեխնոլոգիաների 40-րդ կոնֆերանս (Cat. No. 90CH2893-6), 1990, 1054–1063:
[35] R. Kotlowitz and L. Taylor, Համապատասխանության չափումներ հակված ճայի թեւերի, spider j-bend և spider gull-tew կապարի ձևավորումների համար մակերեսային ամրացման բաղադրիչների համար։ 1991թ. 41st Electronic Components and Technology Conference (Cat. No. 91CH2989-2), 1991, 299–312:
[36] Ջ. Լաու, Լ. Փաուերս-Մալոնին, Ջ. Բեյքեր, Դ. Ռայս և Բ. Շոու, Զոդման հոդերի հուսալիություն նուրբ մակերևույթի վրա տեղադրվող տեխնոլոգիական հավաքույթների վրա, IEEE գործարքներ բաղադրիչների, հիբրիդների և արտադրական տեխնոլոգիաների վրա 13(3) (1990), 534–544։
[37] R. Li, Էլեկտրոնային բաղադրիչների հոգնածության կանխատեսման մեթոդոլոգիա պատահական թրթռման բեռի տակ, ASME Journal of Electronic Packaging 123(4) (2001), 394–400:
[38] Ռ. Լի և Լ. Պոգլիչ, Պլաստիկ գնդիկավոր ցանցերի և պլաստիկ քառակուսի հարթ փաթեթների հոգնածություն ավտոմեքենայի թրթռման տակ։ SMTA International, Proceedings of the Technical Program (2001), 324–329.
[39] R. Li և L. Poglitsch, Վիբրացիոն հոգնածություն, ձախողման մեխանիզմ և պլաստիկ գնդիկավոր ցանցերի և պլաստիկ քառակուսի հարթ փաթեթների հուսալիություն:
[40] Proceedings 2001 HD International Conference on High Density Interconnect and Systems Packaging (SPIE Vol. 4428), 2001, 223–228:
[41] S. Liguore and D. Followell, Մակերեւութային ամրացման տեխնոլոգիայի (smt) զոդման հոդերի թրթռումային հոգնածություն։ Annual Reliability and Maintainability Symposium 1995 Proceedings (Cat. No. 95CH35743), 1995, -:18–26.
[42] G. Lim, J. Ong and J. Penny, Effect of the edge and inside point support of a printed circuit board under vibration, ASME Journal of Electronic Packaging 121(2) (1999), 122–126:
[43] P. Luthra, Mil-hdbk-217. Ի՞նչն է սխալ դրանում: IEEE Transactions on Reliability 39(5) (1990), 518:
[44] Ջ. Մարուզ և Լ. Չենգ, Ակտիվ թրթռման մեկուսացման տեխնիկատնտեսական հիմնավորումը, օգտագործելով ամպրոպային շարժիչները, Խելացի նյութեր և կառուցվածքներ 11(6) (2002), 854–862:
[45] MIL-HDBK-217F. Էլեկտրոնային սարքավորումների հուսալիության կանխատեսում. ԱՄՆ պաշտպանության նախարարություն, F հրատարակություն, 1995 թ.
[46] S. R. Moheimani, A հարցում վերջին նորարարությունների թրթռման մարման և կառավարման մեջ, օգտագործելով շունտավոր պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներ, IEEE Transactions on Control Systems Technology 11(4) (2003), 482–494:
[47] S. Morris և J. Reilly, Mil-hdbk-217-սիրելի թիրախ: Հուսալիության և պահպանման ամենամյա սիմպոզիում: 1993 Proceedings (Cat. No. 93CH3257-3), (1993), 503–509.
P. O'Connor, Գործնական հուսալիության ճարտարագիտություն: Ուայլի, 1997 թ.
[48] ​​M. Osterman and T. Stadterman, Խափանումների գնահատման ծրագրակազմ շրջանային քարտերի հավաքների համար: Տարեկան հուսալիություն և պահպանում: Սիմպոզիում. 1999 Proceedings (Cat. No. 99CH36283), 1999, 269–276.
[49] M. Pecht and A. Dasgupta, Physics-of-failure: an մոտեցում հուսալի արտադրանքի մշակմանը, IEEE 1995 International Integrated Reliability Workshop Final Report (Cat. No. 95TH8086), (1999), 1–4:
[50] M. Pecht and W.-C. Kang, A critique of mil-hdbk-217e reliability prediction method, IEEE Transactions on Reliability 37(5) (1988), 453–457:
[51] M. G. Pecht and F. R. Nash, Predicting the reliability of electronic equipment, Proceedings of the IEEE 82(7) (1994), 992–1004:
[52] J. Pitarresi, D. Caletka, R. Caldwell and D. Smith, The smeared milk technology for the FE vibration analysis of printed circuit cards, ASME Journal of Electronic Packaging 113 (1991), 250–257:
[53] J. Pitarresi, P. Geng, W. Beltman and Y. Ling, Անհատական ​​համակարգիչների մայր տախտակների դինամիկ մոդելավորում և չափում։ 52nd Electronic Components and Technology Conference 2002., (Cat. No. 02CH37345)(-), 2002, 597–603.
[54] J. Pitarresi and A. Primavera, Comparison of vibration modeling tekniks for printed circuit cards, ASME Journal of Electronic Packaging 114 (1991), 378–383:
[55] J. Pitarresi, B. Roggeman, S. Chaparala and P. Geng, Mechanical shock testing and modeling of PC motherboard. 2004 Proceedings, 54th Electronic Components and Technology Conference (IEEE Cat. No. 04CH37546) 1 (2004), 1047–1054.
[56] Բ.Ի. Սանդոր, Զոդման մեխանիկա – արդի գնահատական: Հանքանյութերի, մետաղների և նյութերի միություն, 1991 թ.
[57] S. Shetty, V. Lehtinen, A. Dasgupta, V., Halkola and T. Reinikainen, Չիպային մասշտաբի փաթեթների փոխկապակցման հոգնածությունը ցիկլային ճկման պատճառով, ASME Journal of Electronic Packaging 123(3) (2001), 302– 308 թ.
[58] S. Shetty and T. Reinikainen, Երեք և չորս կետի թեքում էլեկտրոնային փաթեթների համար, ASME Journal of Electronic Packaging 125(4) (2003), 556–561:
[59] K. Sidharth և D. B. Barker, Ծայրամասային կապարով բաղադրիչների անկյունային կապարների թրթռումից առաջացած հոգնածության գնահատում, ASME Journal of Electronic Packaging 118(4) (1996), 244–249:
[60] J. Spanos, Z. Rahman and G. Blackwood, Soft 6-axis active vibration isolator, Proceedings of the American Control Conference 1 (1995), 412–416:
[61] D. Steinberg, Vibration Analysis for Electronic Equipment, John Wiley & Sons, 1991 թ.
[62] D. Steinberg, Vibration Analysis for Electronic Equipment, John Wiley & Sons, 2000 թ.
[63] E. Suhir, Կարո՞ղ են համապատասխան արտաքին կապարները նվազեցնել մակերեսի վրա տեղադրված սարքի ուժը: 1988 Էլեկտրոնիկայի բաղադրիչների 38-րդ կոնֆերանսի նյութեր (88CH2600-5), 1988, 1–6:
[64] E. Suhir, Տպագիր տպատախտակի ոչ գծային դինամիկ արձագանքը հարվածային բեռներին, որոնք կիրառվում են դրա աջակցության եզրագծի վրա, ASME Journal of Electronic Packaging 114(4) (1992), 368–377:
[65] E. Suhir, Ճկուն սխեմայի տպագիր տախտակի արձագանքը պարբերական ցնցումների բեռներին, որոնք կիրառվում են դրա աջակցության եզրագծի վրա, Ամերիկյան մեխանիկական ինժեներների միություն (Թուղթ) 59(2) (1992), 1–7:
[66] A. Veprik, Էլեկտրոնային սարքավորումների կրիտիկական բաղադրիչների թրթռումային պաշտպանություն կոշտ բնապահպանական պայմաններում, Journal of Sound and Vibration 259(1) (2003), 161–175:
[67] H. Wang, M. Zhao and Q. Guo, Vibration fatigue experiments of SMT solder joint, Microelectronics Reliability 44(7) (2004), 1143–1156:
[68] Z. W. Xu, K. Chan and W. Liao, An empirical method for particle damping design, Shock and Vibration 11(5–6) (2004), 647–664։
[69] Ս. Յամադա, Կոտրվածքային մեխանիկայի մոտեցում զոդված հոդերի ճեղքումին, IEEE գործարքներ բաղադրիչների, հիբրիդների և արտադրական տեխնոլոգիաների վերաբերյալ 12(1) (1989), 99–104:
[70] W. Zhao and E. Elsayed, Modeling accelerated life testing based on residual life, International Journal of Systems Science 36(11) (1995), 689–696:
[71] W. Zhao, A. Mettas, X. Zhao, P. Vassiliou and E. A. Elsayed, Ընդհանրացված քայլ սթրեսի արագացված կյանքի մոդել: Էլեկտրոնային արտադրանքի հուսալիության և պատասխանատվության բիզնեսի վերաբերյալ 2004 թվականի միջազգային կոնֆերանսի նյութեր, 2004, 19–25:

Source: www.habr.com