Analisis Keandalan Peralatan Elektronik sing Dikenai Kejut lan Getaran—Ringkesan

Jurnal: Kejut lan Geter 16 (2009) 45–59
Pengarang: Robin Alastair Amy, Guglielmo S. Aglietti (E-mail: [email dilindhungi]), lan Guy Richardson
Afiliasi penulis: Astronautical Research Group, University of Southampton, School of Engineering Sciences, Southampton, UK
Surrey Satellite Technology Limited, Guildford, Surrey, UK

Hak Cipta 2009 Hindawi Publishing Corporation. Iki minangka artikel akses mbukak sing disebarake miturut Lisensi Atribusi Creative Commons, sing ngidini panggunaan, distribusi, lan reproduksi tanpa watesan ing media apa wae, yen karya asli kasebut dikutip kanthi bener.

Anotasi Ing mangsa ngarep, kabeh peralatan elektronik modern bakal nambah fungsi nalika njaga kemampuan kanggo nahan beban kejut lan geter. Proses prédhiksi linuwih angel amarga respon rumit lan karakteristik kegagalan peralatan elektronik, mula metode sing saiki ana minangka kompromi antara akurasi pitungan lan biaya.
Prediksi sing dipercaya lan cepet babagan linuwih peralatan elektronik nalika operasi ing beban dinamis penting banget kanggo industri. Artikel iki nuduhake masalah ing prédhiksi linuwih saka peralatan elektronik sing alon mudhun asil. Sampeyan uga kudu dijupuk menyang akun sing model linuwih biasane dibangun njupuk menyang akun sawetara saka sudhut konfigurasi peralatan kanggo sawetara komponen padha. Sekawan kelas metode prediksi keandalan (metode referensi, data tes, data eksperimen lan pemodelan penyebab fisik kegagalan - fisika kegagalan) dibandhingake ing artikel iki kanggo milih kemungkinan nggunakake siji utawa metode liyane. Wigati dicathet yen umume kegagalan ing peralatan elektronik disebabake beban termal, nanging review iki fokus ing kegagalan sing disebabake kejut lan geter sajrone operasi.

Cathetan penerjemah. Artikel kasebut minangka tinjauan literatur babagan topik iki. Senadyan umur sing relatif tuwa, iku minangka introduksi banget kanggo masalah evaluasi linuwih kanthi nggunakake macem-macem cara.

1. Terminologi

BGA Ball Grid Array.
DIP Dual In-line Processor, kadhangkala dikenal minangka Dual In-line Package.
Elemen Finite FE.
PGA Pin Grid Array.
Papan Sirkuit Cetak PCB, kadhangkala dikenal minangka PWB (Printed Wiring Board).
PLCC Plastic Leaded Chip Carrier.
PTH Plated Through Hole, kadhangkala dikenal minangka Pin Through Hole.
QFP kotak Flat Pack - uga dikenal minangka gull wing.
SMA Shape Memory Alloys.
SMT lumahing Gunung Teknologi.

Cathetan saka penulis asli: Ing artikel iki, istilah "komponen" nuduhake piranti elektronik tartamtu sing bisa disolder menyang papan sirkuit dicithak; istilah "paket" nuduhake komponen apa wae saka sirkuit terpadu (biasane komponen SMT utawa DIP). Istilah "komponen terlampir" nuduhake papan sirkuit tercetak utawa sistem komponen gabungan, nandheske manawa komponen sing dipasang duwe massa lan kaku dhewe. (Kemasan kristal lan pengaruhe ing linuwih ora dibahas ing artikel kasebut, mula ing ngisor iki istilah "paket" bisa dirasakake minangka "kasus" saka siji jinis utawa liyane - kira-kira transl.)

2. Pratelan masalah

Beban kejut lan geter sing ditrapake ing PCB nyebabake stres ing substrat PCB, paket komponen, jejak komponen, lan sambungan solder. Tekanan kasebut disebabake kombinasi momen mlengkung ing papan sirkuit lan inersia massa komponen kasebut. Ing kasus paling awon, nandheske iki bisa nimbulaké salah siji saka mode Gagal ing ngisor iki: delamination PCB, Gagal sambungan solder, Gagal timbal, utawa Gagal paket komponen. Yen ana salah siji saka mode kegagalan kasebut, kemungkinan kegagalan lengkap piranti kasebut bakal ditindakake. Mode kegagalan sing dialami sajrone operasi gumantung saka jinis kemasan, sifat papan sirkuit sing dicithak, uga frekuensi lan amplitudo momen mlengkung lan pasukan inersia. Kemajuan alon ing analisis linuwih peralatan elektronik amarga akeh kombinasi faktor input lan mode kegagalan sing kudu dianggep.

Liyane saka bagean iki bakal nyoba kanggo nerangake kangelan nimbang faktor input beda bebarengan.

Faktor rumit pisanan sing kudu dipikirake yaiku macem-macem jinis paket sing kasedhiya ing elektronik modern, amarga saben paket bisa gagal amarga macem-macem alasan. Komponen abot luwih rentan kanggo beban inersia, dene respon komponen SMT luwih gumantung ing lengkungan papan sirkuit. Akibaté, amarga beda dhasar kasebut, jinis komponen kasebut duwe kritéria kegagalan sing beda-beda adhedhasar massa utawa ukuran. Masalah iki saya tambah akeh amarga terus-terusan komponen anyar sing kasedhiya ing pasar. Mulane, sembarang metode prediksi linuwih sing diusulake kudu adaptasi karo komponen anyar supaya bisa aplikasi praktis ing mangsa ngarep. Tanggepan saka papan sirkuit dicithak kanggo geter ditemtokake dening kaku lan massa komponen, kang mengaruhi respon lokal saka Papan sirkuit dicithak. Dikenal yen komponen paling abot utawa paling gedhe kanthi signifikan ngganti respon papan kanggo geter ing papan sing dipasang. Sifat mekanik PCB (modulus lan kekandelan Young) bisa mengaruhi linuwih kanthi cara sing angel diprediksi.

A PCB stiffer bisa nyuda wektu nanggepi sakabèhé saka PCB ing mbukak, nanging ing wektu sing padha, bener bisa nambah lokal wektu mlengkung Applied kanggo komponen (Kajaba iku, saka perspektif Gagal thermally mlebu, iku bener luwih apik kanggo nemtokake luwih. PCB sing kompatibel, amarga iki nyuda tekanan termal sing ditrapake ing kemasan - cathetan penulis). Frekuensi lan amplitudo saka momen mlengkung lokal lan beban inersia sing ditrapake ing tumpukan uga mengaruhi mode kegagalan sing paling mungkin. Beban amplitudo kurang frekuensi dhuwur bisa nyebabake kegagalan struktur, sing bisa dadi penyebab utama kegagalan (kelelahan siklik rendah / dhuwur, LCF nuduhake kegagalan sing didominasi dening deformasi plastik (N_f 10 ^ 6) kanggo Gagal [10] - cathetan penulis) Susunan final saka unsur ing Papan sirkuit dicithak bakal nemtokake sabab saka Gagal, kang bisa kedaden amarga kaku ing komponen individu disebabake beban inersia. utawa wektu mlengkung lokal. Pungkasan, perlu kanggo njupuk pengaruh faktor manungsa lan fitur produksi, sing nambah kemungkinan kegagalan peralatan.

Nalika nimbang sawetara faktor input lan interaksi sing kompleks, dadi jelas kenapa cara sing efektif kanggo prédhiksi linuwih peralatan elektronik durung digawe. Salah sawijining tinjauan literatur sing disaranake dening penulis babagan masalah iki ditampilake ing IEEE [26]. Nanging, review iki fokus utamane ing klasifikasi model linuwih sing cukup wiyar, kayata metode prédhiksi linuwih saka literatur referensi, data eksperimen, pemodelan komputer kahanan gagal (Fisika-of-Failure Reliability (PoF)), lan ora ngatasi kegagalan. ing rinci cekap disebabake kejut lan geter. Foucher et al [17] tindakake outline padha kanggo review IEEE, karo emphasis pinunjul ing gagal termal. Ringkesan analisis metode PoF sadurunge, utamane sing ditrapake kanggo kegagalan kejut lan geter, kudu dipikirake maneh. Tinjauan kaya IEEE lagi dikompilasi dening AIAA, nanging ruang lingkup tinjauan kasebut ora dingerteni saiki.

3. Evolusi metode prediksi linuwih

Cara prediksi reliabilitas paling awal, dikembangake ing taun 1960-an, saiki diterangake ing MIL-HDBK-217F [44] (Mil-Hdbk-217F minangka revisi paling anyar lan pungkasan saka metode kasebut, dirilis ing taun 1995 - cathetan penulis) Nggunakake Metode iki nggunakake database kegagalan peralatan elektronik kanggo entuk urip layanan rata-rata papan sirkuit dicithak sing dumadi saka komponen tartamtu. Cara iki dikenal minangka metode kanggo prédhiksi reliabilitas saka referensi lan literatur normatif. Sanajan Mil-Hdbk-217F saya suwe saya suwe, metode referensi isih digunakake nganti saiki. Watesan lan ora akurat saka metode iki wis didokumentasikake kanthi apik [42,50], sing nyebabake pangembangan telung kelas metode alternatif: pemodelan komputer kondisi kegagalan fisik (PoF), data eksperimen, lan data uji lapangan.

Cara PoF prédhiksi linuwih kanthi analitis tanpa ngandelake data sing diklumpukake sadurunge. Kabeh cara PoF duwe rong ciri umum saka cara klasik sing diterangake ing Steinberg [62]: pisanan, respon getaran saka papan sirkuit dicithak kanggo rangsangan getaran tartamtu digoleki, banjur kritéria kegagalan komponen individu sawise paparan getaran diuji. Kamajuan penting ing metode PoF yaiku nggunakake properti papan sing disebarake (rata-rata) kanggo ngasilake model matematika papan sirkuit sing dicithak [54] kanthi cepet, sing wis nyuda kerumitan lan wektu sing ditindakake kanggo ngitung respon getaran sing dicithak kanthi cepet. papan sirkuit (ndeleng Bagean 8.1.3). Perkembangan paling anyar ing teknik PoF wis ningkatake prediksi kegagalan kanggo komponen soldered teknologi permukaan gunung (SMT); Nanging, kajaba cara Barkers [59], cara anyar iki mung ditrapake kanggo kombinasi komponen lan papan sirkuit sing dicithak. Ana sawetara cara sing kasedhiya kanggo komponen gedhe kayata trafo utawa kapasitor gedhe.
Metode data eksperimen ningkatake kualitas lan kemampuan model sing digunakake ing metode prediksi reliabilitas adhedhasar literatur referensi. Cara pisanan adhedhasar data eksperimen kanggo prédhiksi linuwih peralatan elektronik diterangake ing kertas 1999 nggunakake metode HIRAP (Honeywell In-service Reliability Assessment Program), sing digawe ing Honeywell, Inc. [20]. Metode data eksperimen nduweni sawetara kaluwihan tinimbang metode kanggo prédhiksi reliabilitas nggunakake referensi lan literatur normatif. Bubar, akeh cara sing padha (REMM lan TRACS [17], uga FIDES [16]). Cara data eksperimen, uga cara prédhiksi linuwih kanthi nggunakake referensi lan literatur normatif, ora ngidini kita kanthi puas nganggep tata letak papan lan lingkungan operasi saka operasi ing pambiji linuwih. Kekurangan iki bisa didandani kanthi nggunakake data kegagalan saka papan sing padha karo desain, utawa saka papan sing wis katon ing kahanan operasi sing padha.

Cara data eksperimen gumantung ing kasedhiyan database ekstensif ngemot data kacilakan liwat wektu. Saben jinis kegagalan ing database iki kudu diidentifikasi kanthi bener lan sababe ditemtokake. Cara pambiji linuwih iki cocog kanggo perusahaan sing ngasilake jinis peralatan sing padha kanthi jumlah sing cukup akeh, saengga bisa diproses sawetara kegagalan kanggo netepake linuwih.

Cara kanggo nguji komponen elektronik kanggo linuwih wis digunakake wiwit pertengahan 1970-an lan biasane dipérang dadi tes akselerasi lan non-akselerasi. Pendekatan dhasar yaiku nganakake uji coba hardware sing nggawe lingkungan operasi sing dikarepake kanthi realistis. Tes ditindakake nganti ana kegagalan, supaya MTBF (Mean Time Between Failures) bisa diprediksi. Yen MTBF dikira dawa banget, mula durasi tes bisa dikurangi kanthi tes sing cepet, sing digayuh kanthi nambah faktor lingkungan operasi lan nggunakake rumus sing dikenal kanggo ngubungake tingkat kegagalan ing tes sing cepet karo tingkat kegagalan sing dikarepake ing operasi. Pengujian iki penting banget kanggo komponen sing duwe risiko gagal amarga menehi data kapercayan tingkat paling dhuwur kanggo peneliti, nanging ora praktis digunakake kanggo optimasi desain papan amarga wektu pengulangan sinau sing dawa.

Tinjauan cepet babagan karya sing diterbitake ing taun 1990-an nuduhake manawa iki minangka periode nalika data eksperimen, data tes, lan metode PoF saling bersaing kanggo ngganti metode sing wis lawas kanggo prédhiksi linuwih saka buku referensi. Nanging, saben cara duwe kaluwihan lan kekurangan dhewe, lan yen digunakake kanthi bener, ngasilake asil sing larang regane. Akibaté, IEEE bubar ngrilis standar [26] sing nampilake kabeh cara prediksi linuwih sing digunakake saiki. Tujuan saka IEEE yaiku nyiyapake pandhuan sing bakal menehi informasi marang insinyur babagan kabeh metode sing kasedhiya lan kaluwihan lan kekurangan sing ana ing saben metode. Sanajan pendekatan IEEE isih ana ing wiwitan evolusi sing dawa, nanging katon duwe kaluwihan dhewe, amarga AIAA (American Institute of Aeronautics and Astronautics) nderek karo pedoman sing diarani S-102, sing padha karo IEEE nanging uga njupuk menyang akun kualitas relatif saka data saka saben cara [27]. Pandhuan iki mung dimaksudake kanggo nggabungake metode sing nyebar ing literatur donya sing diterbitake babagan subyek kasebut.

4. Gagal disebabake geter

Kathah riset kepungkur utamané fokus ing getaran acak minangka beban PCB, nanging sinau ing ngisor iki khusus katon ing gagal impact-related. Cara kasebut ora bakal dibahas kanthi lengkap amarga ana ing klasifikasi metode PoF lan dibahas ing bagean 8.1 lan 8.2 ing artikel iki. Heen et al [24] nggawe papan uji kanggo nguji integritas sambungan solder BGA nalika kena kejut. Lau et al [36] nerangake linuwih komponen PLCC, PQFP lan QFP ing impact ing pesawat lan metu saka pesawat. Pitarresi et al. [53,55] nliti kegagalan motherboard komputer amarga beban kejut lan menehi review apik babagan literatur sing nggambarake peralatan elektronik ing beban kejut. Steinberg [62] nyedhiyakake kabeh bab babagan desain lan analisis peralatan elektronik sing kena pengaruh, kalebu cara prédhiksi lingkungan kejut lan cara njamin kinerja komponen elektronik. Sukhir [64,65] njlèntrèhaké kasalahan ing petungan linear saka respon saka Papan sirkuit dicithak kanggo mbukak impact Applied kanggo fasteners Papan. Mangkono, referensi lan metode data eksperimen bisa uga nimbang kegagalan peralatan sing gegandhengan karo impact, nanging cara kasebut nggambarake kegagalan "dampak" kanthi implisit.

5. Metode referensi

Kabeh cara sing kasedhiya diterangake ing manual, kita bakal mbatesi awake dhewe mung loro sing nganggep gagal geter: Mil-Hdbk-217 lan CNET [9]. Mil-Hdbk-217 ditampa minangka standar dening umume manufaktur. Kaya kabeh cara manual lan referensi, adhedhasar pendekatan empiris sing tujuane kanggo prédhiksi linuwih komponen saka data eksperimen utawa laboratorium. Cara sing diterangake ing literatur referensi cukup prasaja kanggo dileksanakake, amarga ora mbutuhake model matematika sing rumit lan mung nggunakake jinis bagean, jumlah bagean, kahanan operasi papan lan paramèter liyane sing gampang diakses. Data input banjur dilebokake ing model kanggo ngetung wektu antarane kegagalan, MTBF. Senadyan kaluwihan, Mil-Hdbk-217 dadi saya kurang populer [12, 17,42,50,51]. Ayo dipikirake dhaptar watesan sing ora lengkap babagan panggunaane.

1. Data saya suwe saya suwe, wis dianyari pungkasan ing taun 1995 lan ora cocog karo komponen anyar, ora ana kemungkinan model kasebut direvisi amarga Dewan Peningkatan Standar Pertahanan mutusake supaya metode kasebut "mati kanthi alami" [ 26].
2. Cara kasebut ora menehi informasi babagan mode kegagalan, saengga tata letak PCB ora bisa didandani utawa dioptimalake.
3. Model nganggep Gagal iku desain sawijining, nglirwakake tata letak komponen ing PCB, Nanging, tata komponen dikenal duwe impact gedhe ing kemungkinan Gagal. [50].
4. Data empiris sing diklumpukake ngemot akeh sing ora akurat, data digunakake saka komponen generasi pisanan kanthi tingkat kegagalan sing ora wajar amarga kesalahan rekaman wektu operasi, ndandani, lan liya-liyane, sing nyuda linuwih asil prediksi keandalan [51].

Kabeh kekurangan kasebut nuduhake yen panggunaan metode referensi kudu dihindari, nanging ing watesan sing bisa ditampa saka metode kasebut, sawetara syarat spesifikasi teknis kudu ditindakake. Mulane, cara referensi mung kudu digunakake yen cocok, i.e. ing tahap awal desain [46]. Sayange, sanajan panggunaan iki kudu digatekake kanthi ati-ati, amarga jinis metode kasebut durung direvisi wiwit taun 1995. Mulane, metode referensi minangka prediktor sing ora bisa dipercaya lan kudu digunakake kanthi ati-ati.

6. Metode data tes

Cara data tes minangka metode prediksi linuwih sing paling gampang kasedhiya. Prototipe desain papan sirkuit cetak sing diusulake kena getaran lingkungan sing diprodhuksi ing bangku laboratorium. Sabanjure, paramèter karusakan (MTTF, spektrum kejut) dianalisis, banjur digunakake kanggo ngitung indikator reliabilitas [26]. Cara data tes kudu digunakake kanthi nggatekake kaluwihan lan kekurangane.
Kauntungan utama metode data tes yaiku akurasi lan linuwih asil, saengga kanggo peralatan kanthi risiko kegagalan sing dhuwur, tahap pungkasan proses desain kudu kalebu tes kualifikasi geter. Kerugian kasebut yaiku wektu sing suwe kanggo nggawe, nginstal lan mbukak potongan tes, sing nggawe metode kasebut ora cocog kanggo perbaikan desain peralatan kanthi kemungkinan gagal. Kanggo proses desain produk iteratif, cara sing luwih cepet kudu dianggep. Wektu cahya mbukak bisa dikurangi kanthi tes sing luwih cepet yen model sing dipercaya kasedhiya kanggo pitungan umur layanan nyata [70,71]. Nanging, metode tes sing luwih cepet luwih cocog kanggo model kegagalan termal tinimbang kegagalan geter. Iki amarga butuh wektu luwih sithik kanggo nguji efek beban termal ing peralatan tinimbang nyoba efek beban geter. Efek geter bisa katon ing produk mung sawise dangu.

Akibaté, cara tes umume ora digunakake kanggo kegagalan geter kajaba ana kahanan sing nyuda, kayata voltase sithik sing nyebabake gagal banget. Tuladha metodhe verifikasi data saged dipuntingali wonten ing karya Hart [23], Hin dkk. [24], Li [37], Lau et al. [36], Shetty et al [57], Liguore lan Followell [40], Estes et al. [15], Wang et al. [67], Jih and Jung [30]. Ringkesan umum sing apik babagan metode kasebut diwenehi ing IEEE [26].

7. Metode data eksperimen

Cara data eksperimen adhedhasar data kegagalan saka papan sirkuit cetak sing padha sing wis diuji ing kahanan operasi sing ditemtokake. Cara kasebut mung bener kanggo papan sirkuit cetak sing bakal ngalami beban sing padha. Metode data eksperimen duwe rong aspek utama: mbangun basis data kegagalan komponen elektronik lan ngleksanakake metode adhedhasar rancangan sing diusulake. Kanggo mbangun basis data sing cocog, kudu ana data kegagalan sing relevan sing wis diklumpukake saka desain sing padha; Iki tegese data babagan kegagalan peralatan sing padha kudu ana. Peralatan sing rusak uga kudu dianalisis lan statistik diklumpukake kanthi bener, ora cukup kanggo nyatakake yen desain PCB sing diwenehake gagal sawise sawetara jam, lokasi, mode kegagalan lan sababe kegagalan kudu ditemtokake. Yen kabeh data gagal sadurunge wis dianalisis kanthi teliti, wektu pangumpulan data sing dawa bakal dibutuhake sadurunge metode data eksperimen bisa digunakake.

Solusi sing bisa ditindakake kanggo watesan iki yaiku ngleksanakake Highly Accelerated Lifecycle Testing (HALT) kanggo tujuan mbangun database tingkat kegagalan kanthi cepet, sanajan kanthi akurat ngasilake paramèter lingkungan iku tantangan nanging penting [27]. Katrangan babagan tahap kapindho ngleksanakake metode data eksperimen bisa diwaca ing [27], sing nuduhake carane prédhiksi MTBF kanggo rancangan sing diusulake yen desain sing diuji dipikolehi kanthi ngowahi papan sing wis ana sing data kegagalan rinci wis ana. . Tinjauan liyane babagan metode data eksperimen diterangake dening macem-macem penulis ing [11,17,20,26].

8. Simulasi komputer saka kondisi kegagalan (PoF)

Teknik pemodelan komputer kanggo kondisi gagal, uga disebut model stres lan karusakan utawa model PoF, dileksanakake ing proses prediksi linuwih rong langkah. Tahap pisanan kalebu nggoleki respon saka papan sirkuit sing dicithak kanggo beban dinamis sing dileksanakake; ing tahap kapindho, respon model diitung kanggo njamin indikator linuwih sing diwenehake. Umume literatur asring dikhususake kanggo metode prédhiksi respon lan proses nemokake kritéria kegagalan. Loro cara iki paling dipahami yen diterangake kanthi mandiri, mula review iki bakal nimbang loro langkah kasebut kanthi kapisah.

Antarane tahap prédhiksi respon lan nggoleki kritéria kegagalan, set data sing digawe ing tahap pisanan lan digunakake ing tahap kapindho ditransfer menyang model. Variabel respon wis berkembang saka nggunakake akselerasi input ing sasis [15,36,37,67], liwat akselerasi nyata sing dialami dening komponen kanggo nyathet respon getaran sing beda saka tata letak PCB sing beda [40], lan pungkasane kanggo nimbang. dolan lokal [62] utawa wektu mlengkung lokal [59] dialami dening PCB lokal kanggo komponèn.

Wis dicathet menawa kegagalan minangka fungsi saka susunan komponen ing papan sirkuit cetak [21,38], supaya model sing nggabungake respon getaran lokal luwih akurat. Pilihan saka parameter (akselerasi lokal, defleksi lokal utawa momen mlengkung) minangka faktor penentu kegagalan gumantung ing kasus tartamtu.
Yen komponen SMT digunakake, kelengkungan utawa momen mlengkung bisa dadi faktor sing paling penting kanggo kegagalan; kanggo komponen abot, akselerasi lokal biasane digunakake minangka kritéria kegagalan. Sayange, ora ana riset sing ditindakake kanggo nuduhake jinis kritéria sing paling cocog ing sakumpulan data input.

Penting kanggo nimbang kesesuaian metode PoF sing digunakake, amarga ora praktis nggunakake metode PoF, analitis utawa FE, sing ora didhukung data tes laboratorium. Kajaba iku, penting kanggo nggunakake model apa wae mung ing ruang lingkup sing ditrapake, sing sayangé mbatesi panggunaan model PoF paling saiki kanggo digunakake ing kahanan sing spesifik lan winates. Conto diskusi sing apik babagan metode PoF diterangake dening macem-macem penulis [17,19,26,49].

8.1. Prediksi Tanggapan

Prediksi respon kalebu nggunakake geometri lan sifat materi saka struktur kanggo ngetung variabel respon sing dibutuhake. Langkah iki samesthine kanggo njupuk mung respon sakabèhé saka PCB ndasari lan ora respon saka komponen individu. Ana telung jinis utama metode prediksi respon: analitis, model FE rinci lan model FE sing disederhanakake, diterangake ing ngisor iki. Cara kasebut fokus ing nggabungake kaku lan efek massa saka komponen sing ditambahake, nanging penting ora lali babagan pentinge modeling kaku rotasi kanthi akurat ing pinggir PCB amarga iki ana hubungane karo akurasi model (iki dibahas ing Bagean 8.1.4). Gbr. 1. Conto model rinci saka papan sirkuit dicithak [53].

8.1.1. Prediksi respon analitik

Steinberg [62] menehi siji-sijine cara analitis kanggo ngitung respon geter saka papan sirkuit sing dicithak. Steinberg nyatakake yen amplitudo osilasi ing resonansi unit elektronik padha karo rong kaping kuadrat saka frekuensi resonansi; statement iki adhedhasar data kasedhiya lan ora bisa diverifikasi. Iki ngidini defleksi dinamis ing resonansi diwilang analitik, sing banjur bisa digunakake kanggo ngetung beban dinamis saka komponen abot utawa lengkungan papan sirkuit sing dicithak. Cara iki ora langsung gawé respon PCB lokal lan mung kompatibel karo kritéria Gagal basis deflection diterangake dening Steinberg.

Validitas asumsi distribusi fungsi transfer adhedhasar pangukuran amplitudo bisa dipertanyakan wiwit Pitarresi et al [53] ngukur atenuasi kritis 2% kanggo motherboard komputer, nalika nggunakake asumsi Steinberg bakal menehi 3,5% (adhedhasar frekuensi alami 54). Hz), sing bakal nyebabake underestimation gedhe saka respon papan kanggo geter.

8.1.2. Model FE sing rinci

Sawetara penulis nduduhake panggunaan model FE sing rinci kanggo ngetung respon geter papan sirkuit cetak [30,37,53, 57,58] (Gambar 1-3 nuduhake conto kanthi tingkat rincian sing luwih dhuwur), nanging panggunaan iki cara ora dianjurake kanggo produk komersial (kajaba mung prediksi akurat saka respon lokal ora pancen perlu) wiwit wektu sing dibutuhake kanggo mbangun lan ngatasi model kuwi gedhe banget. Model sing disederhanakake ngasilake data kanthi akurasi sing luwih cepet lan kanthi biaya sing luwih murah. Wektu sing dibutuhake kanggo mbangun lan ngatasi model FE sing rinci bisa dikurangi kanthi nggunakake konstanta musim semi JEDEC 4 sing diterbitake ing [33-35], konstanta musim semi iki bisa digunakake kanggo ngganti model FE rinci saben kabel. Kajaba iku, metode substruktur (kadhangkala dikenal minangka metode superelement) bisa ditindakake kanggo nyuda wektu komputasi sing dibutuhake kanggo ngrampungake model sing rinci. Perlu dicathet yen model FE sing rinci kerep ngganggu garis antarane prediksi respon lan kritéria kegagalan, saéngga karya sing dirujuk ing kene bisa uga ana ing daftar karya sing ngemot kritéria kegagalan.

8.1.3. Model FE sing disebarake

Model FE sing disederhanakake nyuda nggawe model lan wektu solusi. Massa komponèn ditambahaké lan kaku bisa dituduhake dening mung simulating PCB kosong karo tambah massa lan kaku, ngendi efek saka massa lan kaku sing tergabung dening lokal nambah modulus Young PCB kang.

Gbr. 2. Conto model rinci komponen QFP nggunakake simetri kanggo menakake proses modeling lan nyuda wektu solusi [36]. Gbr. 3. Conto model FE rinci J-timbal [6].

Faktor peningkatan kekakuan bisa diitung kanthi ngethok anggota sing dipasang lan nggunakake metode uji lentur [52]. Pitarresi et al. [52,54] nliti efek nyederhanakake massa ditambahake lan kaku sing diwenehake dening komponen sing dipasang ing papan sirkuit sing dicithak.

Kertas pisanan nliti kasus siji saka model FE sing disederhanakake saka papan sirkuit dicithak, diverifikasi marang data eksperimen. Bidang utama kapentingan kertas iki yaiku netepake sifat sing disebarake, kanthi prekara manawa akurasi torsional sing dhuwur dibutuhake kanggo model sing akurat.

Artikel kapindho katon ing limang PCB kapenuhan beda, saben maringi tulodho karo sawetara beda tingkat simplification saka sawijining komposisi. Model kasebut dibandhingake karo data eksperimen. Artikel iki rampung karo sawetara pengamatan instruktif saka korélasi antarane rasio massa-kaku lan akurasi model. Loro-lorone makalah kasebut mung nggunakake frekuensi alami lan MEC (kriteria jaminan modal) kanggo nemtokake korélasi antarane rong model kasebut. Sayange, kesalahan ing frekuensi alam ora bisa nyedhiyani sembarang informasi bab kesalahan ing akselerasi lokal utawa wektu mlengkung, lan MKO mung bisa menehi korélasi sakabèhé antarane rong mode alam, nanging ora bisa digunakake kanggo ngetung kesalahan persentasi saka percepatan utawa lengkungan. Nggunakake kombinasi analisis numerik lan simulasi komputer, Cifuentes [10] nggawe papat pengamatan ing ngisor iki.

1. Mode simulasi kudu ngemot paling ora 90% massa geter kanggo analisis akurat.
2. Ing kasus ngendi panyimpangan Papan iku iso dibandhingke karo kekandelan sawijining, analisis nonlinear bisa luwih cocok saka analisis linear.
3. Kesalahan cilik ing panggonan komponen bisa nyebabake kesalahan gedhe ing pangukuran respon.
4. Akurasi pangukuran respon luwih sensitif marang kesalahan ing massa tinimbang kaku.

8.1.4. Kahanan wates

Koefisien kekakuan rotasi pinggiran PCB duweni pengaruh sing signifikan ing akurasi respon sing diwilang [59], lan gumantung saka konfigurasi tartamtu luwih penting tinimbang massa komponen sing ditambahake lan kaku. Modeling kaku pinggiran rotasi minangka nul (utamane mung kondisi didhukung) biasane mrodhuksi asil konservatif, nalika modeling minangka tightly clamped biasane underestimates asil, wiwit malah mekanisme clamping PCB stiffest ora bisa njamin kondisi pinggiran kebak clamped. Barker lan Chen [5] validasi teori analitis karo asil eksperimen kanggo nuduhake carane pinggiran rotasi rigidity mengaruhi frekuensi alam saka PCB a. Temuan utama karya iki yaiku korélasi sing kuat antara kaku rotasi pinggiran lan frekuensi alami, konsisten karo teori. Iki uga tegese kesalahan gedhe ing modeling kaku rotasi pinggiran bakal mimpin kanggo kesalahan gedhe ing prediksi respon. Senajan karya iki dianggep ing kasus tartamtu, iku ditrapake kanggo modeling kabeh jinis mekanisme kahanan wates. Nggunakake data eksperimen saka Lim et al. [41] menehi conto carane kaku rotasi pinggiran bisa diwilang nggunakake FE ing model PCB; iki digayuh nggunakake cara diadaptasi saka Barker lan Chen [5]. Karya iki uga nuduhake carane nemtokake lokasi optimal saka sembarang titik ing struktur kanggo nggedhekake frekuensi alam. Karya sing khusus nganggep efek saka ngowahi kondisi wates kanggo ngurangi respon geter uga ana dening Guo lan Zhao [21]; Aglietti [2]; Aglietti lan Schwingshackl [3], Lim et al. [41].

8.1.5. Prediksi efek kejut lan geter

Pitarresi et al. [53-55] nggunakake model FE rinci PCB kanggo prédhiksi kejut lan respon geter saka Papan karo komponen dituduhake minangka pamblokiran 3D. Model kasebut nggunakake rasio redaman konstan sing ditemtokake sacara eksperimen kanggo nambah prediksi respon ing resonansi. Spektrum respon dampak (SRS) lan metode nyapu wektu dibandhingake kanggo prediksi respon dampak, kanthi cara loro kasebut dadi trade-off antarane akurasi lan wektu solusi.

8.2. Kritéria nolak

Kriteria kegagalan njupuk ukuran respon PCB lan digunakake kanggo nurunake metrik kegagalan, ing ngendi metrik kegagalan bisa uga tegese wektu antarane gagal (MTBF), siklus nganti gagal, kemungkinan operasi tanpa kegagalan, utawa metrik linuwih liyane (pirsani IEEE [26]; Jensen [28] 47]; O'Connor [XNUMX] kanggo diskusi metrik kegagalan). Akeh macem-macem pendekatan kanggo ngasilake data iki bisa dipérang dadi cara analitis lan empiris. Cara empiris ngasilake data kritéria kegagalan kanthi ngemot spesimen uji komponen menyang beban dinamis sing dibutuhake. Sayange, amarga sawetara saka sudhut data input (jinis komponen, kekandelan PCB lan kathah) sing bisa ing laku, data diterbitake ora bisa langsung ditrapake amarga data mung bener ing kasus khusus banget. Cara analitis ora nandhang kekurangan kasebut lan duwe aplikasi sing luwih akeh.

8.2.1. Kriteria kegagalan empiris

Kaya sing wis kasebut sadurunge, watesan model paling empiris yaiku mung ditrapake kanggo konfigurasi sing padha karo kekandelan PCB, jinis komponen sing padha, lan beban input, sing ora mungkin. Nanging, literatur sing kasedhiya migunani kanggo alasan ing ngisor iki: menehi conto sing apik babagan tes kegagalan, nyorot pilihan sing beda kanggo metrik kegagalan, lan menehi informasi penting babagan mekanika kegagalan. Li [37] nggawe model empiris kanggo prédhiksi linuwih 272-pin BGA lan 160-pin paket QFP. Kerusakan kelelahan ing konduktor lan ing awak paket diselidiki, lan asil eksperimen cocog karo analisis karusakan adhedhasar stres sing diitung nggunakake model FE sing rinci (ndeleng uga Li lan Poglitsch [38,39]). Proses kasebut ngasilake karusakan kumulatif kanggo tingkat akselerasi geter tartamtu saka sinyal input geter.
Lau et al [36] netepake linuwih komponen tartamtu ing kejut lan beban getaran nggunakake statistik Weibull. Liguore lan Followell [40] nliti kegagalan komponen LLCC lan J-timbal kanthi macem-macem akselerasi lokal ing siklus layanan. Akselerasi lokal digunakake minangka lawan kanggo akselerasi input sasis, lan efek suhu ing asil tes diselidiki. Artikel kasebut uga nggawe referensi kanggo riset babagan efek kekandelan PCB ing linuwih komponen.

Guo lan Zhao [21] mbandhingake linuwih komponen nalika kelengkungan torsi lokal digunakake minangka beban, beda karo studi sadurunge sing nggunakake akselerasi. Kerusakan kelelahan disimulasikan, banjur model FE dibandhingake karo asil eksperimen. Artikel kasebut uga mbahas babagan ngoptimalake tata letak komponen kanggo nambah linuwih.

Ham lan Lee [22] saiki cara data test kanggo masalah nentokake stress solder timbal ing loading torsional siklik. Estes et al [15] dianggep masalah Gagal komponen gullwing (GOST IEC 61188-5-5-2013) karo akselerasi input Applied lan mbukak termal. Komponen sing ditliti yaiku jinis paket chip CQFP 352, 208, 196, 84 lan 28, uga FP 42 lan 10. Artikel kasebut ditujokake kanggo kegagalan komponen elektronik amarga fluktuasi ing orbit satelit bumi geostasioner, wektu. antarane gagal diwenehi ing syarat-syarat taun pesawat ing geostasioner utawa orbit Bumi kurang. Punika nyatet sing Gagal kabel gullwing luwih kamungkinan ing lokasi ing kontak karo awak paket saka ing peserta solder.

Jih lan Jung [30] nganggep kegagalan peralatan sing disebabake cacat manufaktur sing ana ing sambungan solder. Iki rampung kanthi nggawe model FE PCB sing rinci banget lan nemokake Kapadhetan spektral daya (PSD) kanggo macem-macem dawa retak manufaktur. Ligyore, Followell [40] lan Shetty, Reinikainen [58] nyaranake cara empiris ngasilake data kegagalan sing paling akurat lan migunani kanggo konfigurasi komponen sing disambungake khusus. Cara iki digunakake yen data input tartamtu (kekandelan papan, jinis komponen, jangkoan lengkungan) bisa terus-terusan sajrone desain, utawa yen pangguna bisa nindakake tes nyata saka jinis iki.

8.2.2. Kriteria kegagalan analitik

model SMT saka joints sudhut

Various peneliti looking ing gagal pin sudhut SMT suggest sing iki sabab paling umum saka Gagal. Makalah dening Sidharth lan Barker [59] ngrampungake seri kertas sadurunge kanthi nampilake model kanggo nemtokake galur timbal pojok SMT lan komponen timbal daur ulang. Model sing diusulake nduweni kesalahan kurang saka 7% dibandhingake karo model FE sing rinci kanggo enem skenario paling awon. Model kasebut adhedhasar rumus sing sadurunge diterbitake dening Barker lan Sidharth [4], ing ngendi defleksi bagean sing ditempelake sing kena momen mlengkung dimodelake. Makalah dening Sukhir [63] kanthi analitis mriksa tekanan sing dikarepake ing terminal paket amarga momen lentur sing ditrapake sacara lokal. Barker lan Sidharth [4] mbangun ing karya Sukhir [63], Barker et al. [4], kang nimbang pengaruh saka anjog rotasi kaku. Pungkasan, Barker et al [7] nggunakake model FE sing rinci kanggo nyinaoni efek variasi dimensi ing timbal ing urip lemes timbal.

Iku cocok kanggo sebutno ing kene karya ing JEDEC timbal spring konstanta, kang nemen simplified saka model komponen timbal [33-35]. Konstanta musim semi bisa digunakake tinimbang model sambungan timbal sing rinci; wektu sing dibutuhake kanggo mbangun lan ngrampungake model FE bakal suda ing model kasebut. Panggunaan konstanta kasebut ing model FE komponen bakal nyegah pitungan langsung saka tekanan timbal lokal. Nanging, galur timbal sakabèhé bakal diwenehi, sing banjur kudu ana hubungane karo tekanan timbal lokal utawa kritéria gagal timbal adhedhasar siklus urip produk.

Data kelelahan materi

Umume data babagan kegagalan bahan sing digunakake kanggo solder lan komponen utamane ana gandhengane karo kegagalan termal, lan data sing relatif sithik ana gandhengane karo kegagalan kesel. Referensi utama ing wilayah iki diwenehake dening Sandor [56], sing nyedhiyakake data babagan mekanika lemes lan gagal paduan solder. Steinberg [62] nganggep kegagalan conto solder. Data lemes kanggo solder lan kabel standar kasedhiya ing kertas Yamada [69].

Gbr. 4. Posisi Gagal biasanipun saka manual kanggo komponen QFP cedhak karo awak paket.

Gagal model sing ana gandhengane karo debonding solder angel amarga sifat sing ora biasa saka materi iki. Solusi kanggo pitakonan iki gumantung ing komponen sing kudu dites. Punika dikenal sing kanggo paket QFP iki biasane ora dijupuk menyang akun, lan linuwih kabiji nggunakake literatur referensi. Nanging yen soldering komponen BGA lan PGA gedhe wis diwilang, banjur sambungan timbal, amarga sifat mboten umum, bisa mengaruhi Gagal produk. Mangkono, kanggo paket QFP, sifat lemes timbal minangka informasi sing paling migunani. Kanggo BGA, informasi babagan daya tahan sambungan solder sing kena deformasi plastik cepet luwih migunani [14]. Kanggo komponen sing luwih gedhe, Steinberg [62] nyedhiyakake data tegangan tarik-metu sambungan solder.

Model Gagal Komponen abot

Mung model Gagal sing ana kanggo komponen abot presented ing kertas dening Steinberg [62], kang nliti kekuatan tensile komponen lan menehi conto carane ngetung kaku maksimum allowable sing bisa Applied kanggo sambungan timbal.

8.3. Kesimpulan babagan aplikasi model PoF

Kesimpulan ing ngisor iki wis digawe ing literatur babagan metode PoF.

Tanggepan lokal penting kanggo prédhiksi kegagalan komponen. Minangka nyatet ing Li, Poglitsch [38], komponen ing sudhut PCB kurang rentan kanggo Gagal saka sing dumunung ing tengah PCB amarga beda lokal ing mlengkung. Akibate, komponen ing macem-macem lokasi ing PCB bakal beda kemungkinan Gagal.

Kelengkungan papan lokal dianggep minangka kriteria kegagalan sing luwih penting tinimbang akselerasi kanggo komponen SMT. Karya anyar [38,57,62,67] nuduhake yen lengkungan papan minangka kriteria kegagalan utama.

Jinis-jinis paket sing beda-beda, ing jumlah pin lan jinis sing digunakake, mesthine luwih dipercaya tinimbang liyane, preduli saka lingkungan lokal tartamtu [15,36,38].
Suhu bisa mengaruhi linuwih komponen. Liguore lan Followell [40] nyatakake yen urip kelelahan paling dhuwur ing kisaran suhu saka 0 ◦C nganti 65 ◦C, kanthi penurunan sing nyata ing suhu ngisor -30 ◦C lan ndhuwur 95 ◦C. Kanggo komponen QFP, lokasi ing ngendi kabel nempel ing paket (ndeleng Fig. 4) dianggep minangka lokasi fault utami tinimbang sambungan solder [15,22,38].

Kekandelan papan duweni pangaruh sing jelas ing umur kesel komponen SMT, amarga umur kelelahan BGA wis ditampilake kurang luwih 30-50 kali yen ketebalan papan tambah saka 0,85mm dadi 1,6mm (nalika njaga kelengkungan sakabèhé sing tetep) [13] . Keluwesan (kepatuhan) komponen lead sacara signifikan mengaruhi linuwih komponen timbal periferal [63], nanging iki minangka hubungan non-linear, lan lead sambungan penengah paling ora bisa dipercaya.

8.4. Metode piranti lunak

Center for Advanced Life Cycle Engineering (CALCE) ing Universitas Maryland nyedhiyakake piranti lunak kanggo ngitung getaran lan respon kejut saka papan sirkuit cetak. Piranti lunak (jenenge CALCE PWA) nduweni antarmuka panganggo sing nyederhanakake proses nglakokake model FE lan kanthi otomatis nglebokake pitungan respon menyang model geter. Ora ana asumsi sing digunakake kanggo nggawe model respon FE, lan kritéria kegagalan sing digunakake dijupuk saka Steinberg [61] (sanajan metode Barkers [48] uga bakal ditindakake). Kanggo menehi rekomendasi umum kanggo ningkatake linuwih peralatan, piranti lunak sing diterangake bisa ditindakake kanthi apik, utamane amarga kanthi bebarengan njupuk tekanan sing diakibatake termal lan mbutuhake kawruh khusus minimal, nanging akurasi kritéria kegagalan ing model kasebut durung diverifikasi sacara eksperimen.

9. Cara kanggo nambah linuwih peralatan

Bagean iki bakal ngrembug modifikasi pasca-proyek sing nambah linuwih peralatan elektronik. Padha dadi rong kategori: sing ngganti kahanan wates PCB, lan sing nambah damping.

Tujuan utama modifikasi kondisi wates yaiku kanggo nyuda defleksi dinamis saka papan sirkuit sing dicithak, iki bisa digayuh liwat stiffening ribs, ndhukung tambahan utawa ngurangi getaran saka medium input. Stiffeners bisa migunani amarga nambah frekuensi alami, saéngga nyuda defleksi dinamis [62], sing padha ditrapake kanggo nambah dhukungan tambahan [3], sanajan lokasi dhukungan uga bisa dioptimalake, kaya sing ditampilake ing karya J. H. Ong lan Lim [ 40]. Sayange, iga lan ndhukung biasane mbutuhake desain ulang saka tata letak, supaya Techniques iki paling dianggep awal ing siklus desain. Kajaba iku, ati-ati kudu ditindakake kanggo mesthekake yen modifikasi ora ngganti frekuensi alami supaya cocog karo frekuensi alami saka struktur sing ndhukung, amarga iki bakal dadi kontraproduktif.

Nambahake insulasi nambah linuwih produk kanthi nyuda dampak lingkungan dinamis sing ditransfer menyang peralatan lan bisa ditindakake kanthi pasif utawa aktif.
Cara pasif biasane prasaja lan luwih murah kanggo dileksanakake, kayata nggunakake insulator kabel [66] utawa nggunakake sifat pseudoelastik saka paduan memori wangun (SMA) [32]. Nanging, dingerteni manawa isolator sing dirancang kanthi apik bisa nambah respon.
Cara aktif nyedhiyakake redaman sing luwih apik sajrone sawetara frekuensi sing luwih akeh, biasane kanthi biaya kesederhanaan lan massa, mula biasane dimaksudake kanggo nambah akurasi instrumen presisi sing sensitif banget tinimbang kanggo nyegah karusakan. Isolasi geter aktif kalebu metode elektromagnetik [60] lan piezoelektrik [18,43]. Boten kados metode modifikasi kondisi wates, modifikasi damping yakuwi nyuda respon resonansi puncak peralatan elektronik, dene frekuensi alami sing nyata mung kudu diganti.

Kaya karo isolasi geter, damping bisa ditindakake kanthi pasif utawa aktif, kanthi nyederhanakake desain sing padha ing kerumitan mantan lan luwih gedhe lan redaman ing pungkasan.

Cara pasif kalebu, contone, cara sing gampang banget kayata bahan ikatan, saéngga nambah redaman papan sirkuit cetak [62]. Cara sing luwih canggih kalebu redaman partikel [68] lan panggunaan penyerap dinamis broadband [25].

Kontrol geter aktif biasane ditindakake kanthi nggunakake unsur piezoceramic sing diikat ing permukaan papan sirkuit cetak [1,45]. Panganggone cara hardening iku kasus tartamtu lan kudu kasebut kanthi teliti, dipikir ing hubungan karo cara liyane. Nerapake teknik kasebut ing peralatan sing ora dingerteni duwe masalah linuwih ora mesthi nambah biaya lan bobot desain. Nanging, yen produk kanthi desain sing disetujoni gagal sajrone tes, bisa uga luwih cepet lan luwih gampang nggunakake teknik hardening struktural tinimbang ngrancang maneh peralatan kasebut.

10. Kesempatan kanggo ngembangake metode

Bagean iki rincian kesempatan kanggo nambah prediksi linuwih saka peralatan elektronik, sanajan kemajuan anyar ing optoelektronik, nanoteknologi, lan teknologi packaging bisa enggal mbatesi aplikasi saka usulan-usulan iki. Papat cara prediksi linuwih utama bisa uga ora digunakake nalika ngrancang piranti. Siji-sijine faktor sing bisa nggawe metode kasebut luwih atraktif yaiku pangembangan teknologi manufaktur lan uji coba kanthi otomatis, murah, amarga iki bakal ngidini desain sing diusulake bisa dibangun lan diuji luwih cepet tinimbang saiki, kanthi tenaga manungsa minimal.

Cara PoF duwe akeh ruang kanggo perbaikan. Wilayah utama sing bisa ditingkatake yaiku integrasi karo proses desain sakabèhé. Desain peralatan elektronik minangka proses iteratif sing ndadekake pangembang luwih cedhak karo asil rampung mung kanthi kolaborasi karo insinyur khusus ing bidang elektronik, manufaktur lan teknik termal, lan desain struktural. Cara sing kanthi otomatis ngatasi sawetara masalah kasebut bebarengan bakal nyuda jumlah iterasi desain lan ngirit wektu sing signifikan, utamane nalika nimbang jumlah komunikasi antar departemen. Area perbaikan liyane ing metode PoF bakal dipérang dadi jinis prediksi respon lan kritéria kegagalan.

Prediksi respon nduweni rong cara sing bisa ditindakake: model sing luwih cepet, luwih rinci, utawa model sing luwih apik lan disederhanakake. Kanthi tekane prosesor komputer sing saya kuat, wektu solusi kanggo model FE sing rinci bisa dadi cukup cendhak, nanging ing wektu sing padha, amarga piranti lunak modern, wektu perakitan produk suda, sing pungkasane nyuda biaya sumber daya manungsa. Cara FE sing disederhanakake uga bisa didandani kanthi proses ngasilake model FE kanthi otomatis, padha karo sing diusulake kanggo metode FE sing rinci. Piranti lunak otomatis (CALCE PWA) saiki kasedhiya kanggo tujuan iki, nanging teknologi kasebut ora bisa dibuktekake kanthi apik lan asumsi model sing digawe ora dingerteni.

Pitungan kahanan sing durung mesthi sing ana ing macem-macem cara nyederhanakake bakal migunani banget, ngidini kritéria toleransi kesalahan sing migunani bisa ditindakake.

Pungkasan, basis data utawa cara kanggo nambah kaku kanggo komponen sing dipasang bakal migunani, ing ngendi kenaikan kaku iki bisa digunakake kanggo nambah akurasi model respon. Penciptaan kritéria kegagalan komponen gumantung saka variasi tipis ing antarane komponen sing padha saka manufaktur sing beda-beda, uga pangembangan jinis kemasan anyar, amarga metode utawa basis data kanggo nemtokake kritéria kegagalan kudu nyathet variasi lan owah-owahan kasebut.

Salah sawijining solusi yaiku nggawe metode / piranti lunak kanggo nggawe model FE rinci kanthi otomatis adhedhasar parameter input kayata dimensi timbal lan kemasan. Cara iki bisa ditrapake kanggo komponen sing bentuke seragam kayata komponen SMT utawa DIP, nanging ora kanggo komponen sing ora duwe aturan baku kayata trafo, keselak, utawa komponen khusus.

Model FE sakteruse bisa ditanggulangi kanggo nandheske lan digabungake karo data Gagal material (data kurva plasticity S-N, mekanika fraktur utawa padha) kanggo ngetung urip komponen, sanajan data Gagal materi kudu kualitas dhuwur. Proses FE kudu digandhengake karo data tes sing nyata, luwih becik ing sawetara konfigurasi sabisa.

Usaha sing ditindakake ing proses kasebut relatif cilik dibandhingake karo alternatif tes laboratorium langsung, sing kudu nindakake tes statistik sing signifikan ing macem-macem kekandelan PCB, macem-macem intensitas beban lan arah muatan, sanajan atusan jinis komponen sing kasedhiya kanggo macem-macem. jinis-jinis papan. Ing babagan tes laboratorium sing gampang, bisa uga ana cara kanggo nambah nilai saben tes.

Yen ana cara kanggo ngitung kenaikan relatif ing kaku amarga owah-owahan ing variabel tartamtu, kayata kekandelan PCB utawa dimensi timbal, banjur owah-owahan ing urip komponen salajengipun bisa kira-kira. Cara kasebut bisa digawe nggunakake analisis FE utawa metode analitis, pungkasane ndadékaké rumus prasaja kanggo ngitung kritéria kegagalan saka data kegagalan sing ana.

Pungkasane, samesthine bakal nggawe metode sing nggabungake kabeh alat sing kasedhiya: analisis FE, data tes, analisis analitis lan metode statistik kanggo nggawe data kegagalan sing paling akurat kanthi sumber daya sing kasedhiya. Kabeh unsur individu saka metode PoF bisa ditingkatake kanthi ngenalake metode stokastik menyang proses kanggo njupuk efek variasi ing bahan elektronik lan tahapan manufaktur. Iki bakal nggawe asil luwih nyata, bisa uga ndadékaké proses kanggo nggawe peralatan sing luwih kuat kanggo variabilitas nalika nyilikake degradasi produk (kalebu bobot lan biaya).

Pungkasane, dandan kasebut bisa uga ngidini penilaian wektu nyata babagan linuwih peralatan sajrone proses desain, kanthi cepet menehi saran pilihan komponen, tata letak, utawa rekomendasi liyane sing luwih aman kanggo nambah linuwih nalika ngatasi masalah liyane kayata gangguan elektromagnetik (EMI), termal lan industri.

11. Kesimpulan

Tinjauan iki ngenalake kerumitan prédhiksi linuwih peralatan elektronik, nglacak evolusi patang jinis metode analisis (literatur pangaturan, data eksperimen, data tes lan PoF), ndadékaké sintesis lan perbandingan saka jinis metode kasebut. Cara referensi dicathet mung migunani kanggo pasinaon awal, metode data eksperimen mung migunani yen kasedhiya data wektu sing ekstensif lan akurat, lan metode data uji penting kanggo uji kualifikasi desain nanging ora cukup kanggo optimasi.

Cara PoF dibahas kanthi luwih rinci tinimbang ing review literatur sadurunge, mbagi riset menyang kategori kritéria prediksi lan kemungkinan gagal. Bagean "Prediksi Tanggapan" nyemak literatur babagan sifat sing disebarake, pemodelan kondisi wates, lan tingkat rinci ing model FE. Pilihan saka cara prediksi respon dituduhake minangka trade-off antarane akurasi lan wektu kanggo generate lan ngatasi model FE, maneh nandheske pentinge akurasi kahanan wates. Bagean "Kriteria Gagal" mbahas kritéria kegagalan empiris lan analitis; kanggo teknologi SMT, review model lan komponen abot diwenehake.
Cara empiris mung ditrapake kanggo kasus sing spesifik banget, sanajan menehi conto cara uji reliabilitas sing apik, dene metode analitis duwe macem-macem aplikasi sing luwih akeh nanging luwih rumit kanggo dileksanakake. Dhiskusi ringkes babagan metode analisis kegagalan sing ana adhedhasar piranti lunak khusus diwenehake. Pungkasan, implikasi kanggo masa depan prediksi linuwih diwenehake, nimbang arah ing ngendi metode prediksi linuwih bisa berkembang.

Sastra[1] G.S. Aglietti, R.S. Langley, E. Rogers and S.B. Gabriel, Model efisien saka panel dimuat peralatan kanggo pasinaon desain kontrol aktif, The Journal of Acoustical Society of America 108 (2000), 1663-1673.
[2] G.S. Aglietti, Enclosure sing luwih entheng kanggo elektronik kanggo aplikasi ruang angkasa, Prosiding Institute of Mechanical Engineers 216 (2002), 131-142.
[3] G.S. Aglietti lan C. Schwingshackl, Analisis enclosures lan piranti anti getaran kanggo peralatan elektronik kanggo aplikasi spasi, Prosiding Konferensi Internasional 6th babagan Dinamika lan Kontrol Struktur Spacecraft ing Space, Riomaggiore, Italia, (2004).
[4] D.B. Barker lan Y. Chen, Modeling restraints geter saka pandhuan kertu kunci wedge, ASME Journal of Electronic Packaging 115 (2) (1993), 189-194.
[5] D.B. Barker, Y. Chen lan A. Dasgupta, Ngira-ngira urip kesel geter saka kotak timbal lumahing Gunung komponen, ASME Jurnal Packaging Elektronik 115 (2) (1993), 195-200.
[6] D.B. Barker, A. Dasgupta lan M. Pecht, PWB solder pitungan urip peserta ing loading termal lan geter, Reliability lan Maintainability Annual Symposium, 1991 Prosiding (Cat. No. 91CH2966-0), 451-459.
[7] D.B. Barker, I. Sharif, A. Dasgupta lan M. Pecht, Pengaruh variasi dimensi timbal SMC ing kepatuhan timbal lan urip lemes sendi solder, ASME Journal of Electronic Packaging 114 (2) (1992), 177-184.
[8] D.B. Barker lan K. Sidharth, PWB Lokal lan komponèn bowing saka subyek Déwan kanggo wayahe mlengkung, American Society of Mechanical Engineers (Paper) (1993), 1-7.
[9] J. Bowles, A survey prosedur linuwih-prediksi kanggo piranti microelectronic, Transaksi IEEE ing linuwih 41 (1) (1992), 2-12.
[10] A.O. Cifuentes, Estimating the dynamic behavior of printed circuit boards, IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology Part B: Advanced Packaging 17(1) (1994), 69-75.
[11] L. Condra, C. Bosco, R. Deppe, L. Gullo, J. Treacy lan C. Wilkinson, Assessment linuwih peralatan elektronik aerospace, Quality and Reliability Engineering International 15(4) (1999), 253-260 .
[12] M.J. Cushing, D.E. Mortin, T.J. Stadterman lan A. Malhotra, Comparison of electronics-reliability Assessment approaches, IEEE Transactions on Reliability 42 (4) (1993), 542-546.
[13] R. Darveaux lan A. Syed, Reliability saka joints solder array area ing mlengkung, SMTA International Proceedings of the Technical Program (2000), 313-324.
[14] N.F. Enke, T.J. Kilinski, S.A. Schroeder lan J.R. Lesniak, Prilaku mekanik saka 60/40 tin-lead solder lap joints, Prosiding - Konferensi Komponen Elektronik 12 (1989), 264-272.
[15] T. Estes, W. Wong, W. McMullen, T. Berger lan Y. Saito, Reliabilitas kelas 2 tumit fillet ing gull wing timbal komponen. Konferensi Dirgantara, Prosiding 6 (2003), 6-2517–6 C2525
[16] FIDES, FIDES Guide 2004 ngetokake Metodologi Keandalan kanggo Sistem Elektronik. Grup FIDES, 2004.
[17] B. Foucher, D. Das, J. Boullie lan B. Meslet, A review saka cara prediksi linuwih kanggo piranti elektronik, Microelectronics Reliability 42 (8) (2002), 1155-1162.
[18] J. Garcia-Bonito, M. Brennan, S. Elliott, A. David lan R. Pinnington, Aktuator piezoelektrik pamindahan dhuwur novel kanggo kontrol getaran aktif, Bahan lan Struktur Cerdas 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 lan E. Vergnault, A methodology to netepke lan milih cara prediksi linuwih cocok kanggo komponen eee ing aplikasi papan, European Space Agency, (Publikasi Khusus) ESA SP (507) (2002), 73-80.
[20] L. Gullo, Assessment linuwih ing layanan lan pendekatan ndhuwur-mudhun menehi cara prediksi linuwih alternatif. Reliabilitas lan Pertahanan Taunan, Prosiding Simposium (Kat. No. 99CH36283), 1999, 365-377.
[21] Q. Guo lan M. Zhao, Fatigue saka gabungan solder SMT kalebu kelengkungan torsional lan optimasi lokasi chip, International Journal of Advanced Manufacturing Technology 26 (7-8) (2005), 887-895.
[22] S.-J. Ham lan S.-B. Lee, Studi eksperimental kanggo keandalan kemasan elektronik ing getaran, Mekanika Eksperimental 36(4) (1996), 339-344.
[23] D. Hart, Kelelahan testing timbal komponèn ing dilapisi liwat bolongan, IEEE Proceedings saka Aerospace lan Electronics Konferensi Nasional (1988), 1154-1158.
[24] T.Y. Hin, K.S. Beh lan K. Seetharamu, Pangembangan Papan test dinamis kanggo FCBGA solder linuwih Assessment linuwih ing kejut & geter. Prosiding Konferensi Teknologi Kemasan Elektronik kaping 5 (EPTC 2003), 2003, 256–262.58
[25] V. Ho, A. Veprik lan V. Babitsky, Ruggedizing printed circuit boards nggunakake wideband dinamis absorber, Shock lan Geter 10(3) (2003), 195-210.
[26] Pandhuan IEEE, IEEE kanggo milih lan nggunakake prediksi linuwih adhedhasar ieee 1413, 2003, v+90 C.
[27] T. Jackson, S. Harbater, J. Sketoe lan T. Kinney, Pangembangan format standar kanggo model linuwih sistem spasi, Simposium Reliability lan Maintainability Annual, 2003 Prosiding (Cat. No. 03CH37415), 269-276.
[28] F. Jensen, Reliabilitas Komponen Elektronik, Wiley, 1995.
[29] J.H. Ong lan G. Lim, A technique prasaja kanggo nggedhekake frekuensi dhasar saka struktur, ASME Journal of Electronic Packaging 122 (2000), 341-349.
[30] E. Jih lan W. Jung, Vibrational lemes saka lumahing gunung solder joints. IThermfl98. Konferensi Intersociety kaping enem babagan Fenomena Termal lan Termomekanik ing Sistem Elektronik (Kat. No. 98CH36208), 1998, 246-250.
[31] B. Johnson lan L. Gullo, Dandan ing Assessment linuwih lan metodologi prediksi. Simposium Keandalan lan Pertahanan Tahunan. 2000 Prosiding. Simposium Internasional babagan Kualitas lan Integritas Produk (Kat. No. 00CH37055), 2000, -: 181-187.
[32] M. Khan, D. Lagoudas, J. Mayes lan B. Henderson, unsur spring SMA Pseudoelastic kanggo isolasi geter pasif: modeling part i, Jurnal Sistem lan Struktur Material Cerdas 15(6) (2004), 415-441 .
[33] R. Kotlowitz, Comparative comparative designs timbal wakil kanggo komponen lumahing-dipasang, IEEE Transaksi ing Komponen, Hibrida, lan Teknologi Manufaktur 12 (4) (1989), 431-448.
[34] R. Kotlowitz, metrik Compliance kanggo desain timbal komponen gunung lumahing. 1990 Prosiding. Konferensi Komponen Elektronik lan Teknologi kaping 40 (Kat. No. 90CH2893-6), 1990, 1054-1063.
[35] R. Kotlowitz lan L. Taylor, metrik Compliance kanggo kepekso gull-wing, spider j-bend, lan spider gull-wing desain timbal kanggo komponen gunung lumahing. 1991 Prosiding. Konferensi Komponen Elektronik lan Teknologi kaping 41 (Kat. No. 91CH2989-2), 1991, 299-312.
[36] J. Lau, L. Powers-Maloney, J. Baker, D. Rice lan B. Shaw, Keandalan gabungan Solder saka rakitan teknologi pemasangan permukaan pitch sing apik, Transaksi IEEE ing Komponen, Hibrida, lan Teknologi Manufaktur 13(3) (1990), 534–544.
[37] R. Li, Metodologi kanggo prediksi kelelahan komponen elektronik ing beban getaran acak, ASME Journal of Electronic Packaging 123 (4) (2001), 394-400.
[38] R. Li lan L. Poglitsch, Kelesuan saka kothak werni plastik array lan kothak plastik kothak flat ing getaran otomotif. SMTA International, Proceedings of the Technical Program (2001), 324–329.
[39] R. Li lan L. Poglitsch, Geter lemes, mekanisme Gagal lan linuwih saka plastik werni kothak Uploaded lan plastik kotak flat paket.
[40] Prosiding 2001 HD International Conference on High-Density Interconnect and Systems Packaging (SPIE Vol. 4428), 2001, 223–228.
[41] S. Liguore lan D. Followell, Geter lemes saka lumahing gunung teknologi (smt) joints solder. Simposium Keandalan lan Pangopènan Taunan 1995 Prosiding (Kat. No. 95CH35743), 1995, -: 18–26.
[42] G. Lim, J. Ong lan J. Penny, Efek pinggiran lan support titik internal saka Papan sirkuit dicithak ing geter, ASME Journal of Electronic Packaging 121 (2) (1999), 122-126.
[43] P. Luthra, Mil-hdbk-217: Apa sing salah? Transaksi IEEE babagan Reliabilitas 39(5) (1990), 518.
[44] J. Marouze lan L. Cheng, A studi kelayakan isolasi getaran aktif nggunakake aktuator thunder, Smart Materials and Structures 11(6) (2002), 854-862.
[45] MIL-HDBK-217F. Prediksi Reliabilitas Peralatan Elektronik. Departemen Pertahanan AS, F edition, 1995.
[46] S.R. Moheimani, A survey inovasi anyar ing getaran damping lan kontrol nggunakake shunted piezoelektrik transduser, IEEE Transactions on Control Systems Technology 11(4) (2003), 482-494.
[47] S. Morris lan J. Reilly, Mil-hdbk-217-sasaran favorit. Simposium Keandalan lan Pertahanan Tahunan. 1993 Prosiding (Kat. No. 93CH3257-3), (1993), 503-509.
P. O'Connor, Practical reliability engineering. Wiley, 1997.
[48] ​​M. Osterman lan T. Stadterman, lunak Assessment Gagal kanggo rakitan kertu sirkuit. Reliabilitas lan Maintenabilitas taunan. Simposium. 1999 Prosiding (Kat. No. 99CH36283), 1999, 269–276.
[49] M. Pecht lan A. Dasgupta, Physics-of-failure: pendekatan kanggo pangembangan produk dipercaya, IEEE 1995 International Integrated Reliability Workshop Final Report (Cat. No. 95TH8086), (1999), 1-4.
[50] M. Pecht lan W.-C. Kang, A kritik saka mil-hdbk-217e cara prediksi linuwih, Transaksi IEEE ing linuwih 37(5) (1988), 453-457.
[51] M.G. Pecht lan F.R. Nash, Prediksi keandalan peralatan elektronik, Prosiding IEEE 82(7) (1994), 992-1004.
[52] J. Pitarresi, D. Caletka, R. Caldwell lan D. Smith, Teknik properti smeared kanggo analisis getaran FE saka kertu sirkuit dicithak, ASME Journal of Electronic Packaging 113 (1991), 250-257.
[53] J. Pitarresi, P. Geng, W. Beltman lan Y. Ling, modeling dinamis lan pangukuran motherboard komputer pribadi. Konferensi Komponen Elektronik lan Teknologi kaping 52 2002., (Kat. No. 02CH37345)(-), 2002, 597–603.
[54] J. Pitarresi lan A. Primavera, Comparison of vibration modelling techniques for printed circuit cards, ASME Journal of Electronic Packaging 114 (1991), 378-383.
[55] J. Pitarresi, B. Roggeman, S. Chaparala lan P. Geng, Testing kejut mekanik lan modeling motherboard PC. 2004 Prosiding, 54th Komponen Elektronik lan Konferensi Teknologi (IEEE Cat. No. 04CH37546) 1 (2004), 1047-1054.
[56] B.I. Sandor, Solder Mechanics - A State of Art Assessment. The Minerals, Metals and Materials Society, 1991.
[57] S. Shetty, V. Lehtinen, A. Dasgupta, V., Halkola lan T. Reinikainen, Fatigue of chip scale package interconnects due to cyclic bending, ASME Journal of Electronic Packaging 123(3) (2001), 302– 308.
[58] S. Shetty lan T. Reinikainen, Tes tikungan telu lan papat kanggo paket elektronik, ASME Journal of Electronic Packaging 125 (4) (2003), 556-561.
[59] K. Sidharth lan D.B. Barker, Vibration induced fatigue life estimation of corner leads of peripheral lead components, ASME Journal of Electronic Packaging 118(4) (1996), 244-249.
[60] J. Spanos, Z. Rahman lan G. Blackwood, Soft isolator geter aktif 6-sumbu, Prosiding Konferensi Kontrol Amérika 1 (1995), 412-416.
[61] D. Steinberg, Analisis Getaran kanggo Peralatan Elektronik, John Wiley & Sons, 1991.
[62] D. Steinberg, Analisis Getaran kanggo Peralatan Elektronik, John Wiley & Sons, 2000.
[63] E. Suhir, Apa timbal eksternal sing cocog bisa nyuda kekuwatan piranti sing dipasang ing permukaan? 1988 Prosiding Konferensi Komponen Elektronik kaping 38 (88CH2600-5), 1988, 1–6.
[64] E. Suhir, Tanggepan dinamis nonlinier saka papan sirkuit dicithak kanggo beban kejut sing ditrapake ing kontur dhukungan, ASME Journal of Electronic Packaging 114(4) (1992), 368-377.
[65] E. Suhir, Tanggepan papan cetak sirkuit fleksibel kanggo beban kejut periodik sing ditrapake ing kontur dhukungan, American Society of Mechanical Engineers (Paper) 59(2) (1992), 1–7.
[66] A. Veprik, Proteksi geter komponen kritis peralatan elektronik ing kahanan lingkungan atos, Jurnal Swara lan Geter 259 (1) (2003), 161-175.
[67] H. Wang, M. Zhao lan Q. Guo, Eksperimen kelelahan getaran sendi solder SMT, Reliabilitas Mikroelektronik 44 (7) (2004), 1143-1156.
[68] Z.W. Xu, K. Chan lan W. Liao, Metode empiris kanggo desain redaman partikel, Kejut lan Getaran 11(5-6) (2004), 647-664.
[69] S. Yamada, A pendekatan mekanika fraktur kanggo soldered joint cracking, Transaksi IEEE ing Komponen, Hibrida, lan Teknologi Manufaktur 12(1) (1989), 99-104.
[70] W. Zhao lan E. Elsayed, Modeling nyepetake tes urip adhedhasar rata-rata urip residual, Jurnal Internasional Ilmu Sistem 36 (11) (1995), 689-696.
[71] W. Zhao, A. Mettas, X. Zhao, P. Vassiliou lan E.A. Elsayed, Generalized step stress accelerated life model. Prosiding Konferensi Internasional 2004 babagan Bisnis Keandalan lan Tanggung Jawab Produk Elektronik, 2004, 19–25.

Source: www.habr.com