溫度循環和熱衝擊引起(qǐ)電子元器(qì)件失效和熱設計建議
作者:
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來源:
www.tuyatang.com
發布(bù)日期: 2019.06.19
溫(wēn)度(dù)是導致器件失效的罪魁禍首,下圖是美國航空航天局下的一個組織對航空航天電子(zǐ)設備因環境因素(sù)導致失效的(de)一個統計圖,其中溫度導(dǎo)致的失效占40%。
溫度循環和
溫度衝擊導致器件疲勞失效,每次的溫度(dù)循環和溫度衝擊形(xíng)成的損害積累(lèi)起來將導致器件永(yǒng)久損壞。器件的上下電也是一種溫度循環,對器件存在損傷。
溫度循環和溫度衝擊對電子元(yuán)器件的影響(xiǎng)具體表現:
1、低溫使材料變脆,抗折能力下降。
溫度差將使器件材料產(chǎn)生蠕變,溫度變化率將使器件機械內應力加劇,導致器件材(cái)料斷裂或(huò)形成小裂紋。
2、在定(dìng)義溫度差(chà)和溫度變化率(lǜ)的時間時,實際上是依據器件材料產生蠕變(biàn)和彈性形(xíng)變來分界的。
在考慮溫度對器件的影響時以T+△T或T+▽T的形式考慮
3、在考慮恒定溫度的同時,考慮溫度差或溫度變(biàn)化率帶來的其它影響。
溫度循環和衝擊(jī)對器(qì)件形成應力循環,弱化材料(liào)性能,引起各種不同的失效:
溫度循環和衝擊(jī)適用的模(mó)型為科芬-曼森(Coffin-Manson)公式
溫度循環和熱衝擊引起電子元(yuán)器件失效場景示例(lì):
案例:溫度變化產生的應力導致器件基板斷裂
元器件的熱(rè)設計的一些建議:
1、對於散熱要求高的器件建議選用導熱性能好的基材。
PCB本身的散熱能力影響器件的散熱效果,為提高 PCB的散熱能力可以選用導熱性能好(hǎo)的基材,例如采用金屬基底印製板和陶瓷(cí)基底(高鋁陶瓷、氧化鋁陶瓷)印製板等。
2、塑封表麵貼裝組件應避免使用低CTE的引線框架與引腳材料,比如42#合金,KOVAR等。這樣的材料降低組件的(de)CTE,導致與(yǔ)FR4或者類(lèi)似的PCB材料較大的CTE不匹配,用(yòng)這樣的(de)引腳材料也會遇到可焊性問題。
3、對於功率耗(hào)散比較大的組(zǔ)件,要重點考慮功率耗散引起的熱梯度的影響。
因為這種情況下,即使組件和基板的CTE是(shì)匹配的,組件內部的功率耗散循環的影響可能比環境溫度循環的(de)影響更大。
4、表貼保險管比同樣(yàng)的插件保險絲(sī)散熱效果差,需要附(fù)加降溫手段(duàn)。
5、在使用功率電阻時,可以通過(guò)使用機械(xiè)緊固或熱(rè)固(gù)塑料來改善從(cóng)功率電(diàn)阻到散熱(rè)器或者機架的熱傳導效果。
6、對於大於2W的功率電阻,需要在器件底部設計一片銅箔,以減少在失效情況下印製電路板的(de)燒焦狀況。
7、改善(shàn)器件散熱性能的措施(shī)有:在PCB上(shàng)設計局部的金屬塊、改變內部(bù)的層數、銅箔厚度/麵積、增加散熱過孔等。