СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2016

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 66 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2016 Для прогнозирования количества циклов N 0,5 , при наработке на отказ половины паяных соединений поверх- ностного монтажа каждого типа, име- ем [3–5, 9]: , где ε = 0,325 – коэффициент усталост- ного повреждения, с – степенной пока- затель усталостной пластичности, вычисляемый по формуле (1), Δ D – циклическое повреждение для каждо- го компонента. Результаты прогнозирования коли- чества циклов N 0,5 представлены в таб- лице 4. Рассчитаем минимальное количе- ство циклов N 1 до первого отказа при допустимой максимальной вероятно- сти отказа γ = 0,1 по формуле [10]: , где β – параметр формы Вейбулла (при прогнозировании безвыводных компо- нентов β = 4, выводных – β = 2). Результаты прогнозирования мини- мального количества циклов без отка- зов при максимальной вероятности отказа приведены в таблице 4. Из таблицы 4 видно, что в первую очередь в процессе испытаний отка- жут паяные соединения поверхност- ного монтажа следующих компонен- тов: SR1206, QFN16 и LBGA1225. По результатам прогнозирования минимального количества циклов до первого отказа, в первую очередь отка- жут паяные соединения следующих компонентов поверхностного монтажа: SR1206, QFN16, LBGA1225 и TSSOP64. Перечень компонентов сохранился за исключением добавления компонен- та TSSOP64, что связано с геометриче- скими размерами корпуса (L D ), а так- же с применением в расчётах прибли- зительно-ориентировочных значений КТР и параметра K D . Для более точно- го прогноза необходимо определять реальные значения КТР каждого ком- понента и ПП, а также методом конеч- ного моделирования определять пара- метр K D для каждого выводного ком- понента. Такая разница в значениях объясня- ется влиянием локальной системы ком- понент–припой–ПП, связанной с раз- ницей коэффициентов термических расширений (КТР). Поэтому при проек- тировании электронных модулей необ- ходимо в первую очередь учитывать выбор компонентов по конструктив- ному признаку с учётомфизико-хими- ческих параметров (КТР, размер, гиб- кость выводов и т. д.) для снижения вли- яния системы компонент–припой–ПП с учётом дальнейшего режима хране- ния или эксплуатации данного модуля. Таким образом, прогнозирование усталостной долговечности паяных сое- динений поверхностного монтажа на основе модели Энгельмайера-Уайльда с использованием распределения Вей- булла позволяет математически оценить вклад каждого компонента в надёжность электронного модуля, в том числе ещё на этапе проектирования, и выявить те компоненты, которые её снижают. Необходимо отметить, что основ- ным методом, который позволяет установить реальный уровень надёж- ности приборов РЭА, является одно- временный анализ испытаний и тео- ретических данных расчёта усталост- ной долговечности паяных соединений поверхностного монтажа. Важно также понимать, что потенци- альная надёжность паяных соединений и электронного модуля в целом закла- дывается в процессе проектирования, а реализуется в процессе производства после отработки и полной оптимизации параметров технологии сборки и монта- жа, в том числе дозированного нанесе- ния припойной пастыи температурно- временны ′ х режимов пайки. В заключение можно рекомендовать применять надёжностное проектиро- вание на основе модели Энгельмайе- ра-Уайльда всем предприятиям-раз- работчикам РЭА для жёстких условий эксплуатации. Л ИТЕРАТУРА 1. Иванов Н.Н., Ивин В.Д., Алексеев С.А. Иссле- дование надёжности бессвинцовых и ком- бинированных паяных соединений в условиях жёстких воздействующих факторов. Часть 1. Цели, объекты, про- грамма и методика сравнительных уско- ренных испытаний. Анализ результатов испытаний. Вопросы радиоэлектроники. 2009. Сер. ОТ. Вып. 4. С. 85–102. 2. Иванов Н.Н., Ивин В.Д., Алексеев С.А. Иссле- дование надёжности бессвинцовых и ком- бинированных паяных соединений в усло- виях жёстких воздействующих факторов. Часть 2. Анализ результатов испытаний, оценка надёжности ПС по результатам сравнительных испытаний. Выводы и ре- комендации. Вопросы радиоэлектроники. 2009. Сер. ОТ. Вып. 4. С. 103–114. 3. IPC-SM-785 USA. Руководство по ускорен- ным испытаниям на надёжность паяных соединений поверхностного монтажа. 4. Engelmaier W. Wear-Out System Reliability with Multiple Components and Load Levels. Global SMT & Packaging. 2008. July. Vol. 8. №7. Pp. 30–39. 5. IPC-D-279. Руководство по проектирова- нию надёжных модулей на печатных пла- тах, собираемых по технологии поверх- ностного монтажа. 6. Шавловский И.В., Иванов Н.Н., Ивин В.Д., Алексеев С.А. Оценка показателей надёж- ности паяных соединений при поверх- ностном монтаже. Сборник научных тру- дов аспирантов, соискателей и студентов магистерской подготовки ОАО «Авангард». 2011. Выпуск 3. ОАО «Авангард». СПб. С. 242–249. 7. Иванов Н.Н., Ивин В.Д., Шавловский И.В., Дзюбаненко С.В., Ледовских И.А., Алексе- ев С.А., Глебко А.С., Петров Е.В., Фёдоров С.С. Комбинированная пайка компонентов BGA с бессвинцовыми шариковыми вывода- ми. Сборник научных трудов аспирантов, соискателей и студентов магистерской под- готовки ОАО «Авангард». 2010. Выпуск 2. ОАО «Авангард». СПб. Аграф+. С. 32–46. 8. Надёжность электрорадиоизделий. РД В 319.01.20-98. Надёжность ЭРИ ИП. Справочники, разработанные 22 ЦНИИИ МО при участии РНИИ «Электронстандарт» и АО «Стандартэлектро». Версия АСРН 2006. 9. IPC-9701A USA. Методы испытаний для определения характеристик паяных сое- динений и требования к проведению испытаний. 10. Иванов Н.Н., Ивин В.Д., Алексеев С.А., Фёдо- ров С.С. Применение электрорадиоиз- делий иностранного производства в бес- свинцовом исполнении в космической аппаратуре. Сборник научных трудов аспирантов, соискателей и студентов магистерской подготовки ОАО «Аван- гард». 2012. Выпуск 4. ОАО «Авангард». СПб. С. 68–77. Таблица 4. Результаты расчётов количеств циклов N 0,5 и N 1 Компоненты Параметры LBGA1225 LBGA144 SR0402 SR0603 SR1206 QFN16 LQFP48 SSOP28 TSSOP64 N 0,5 7289 12041 35161 12889 4672 5686 51166 94523 9880 N 1 1420 2347 6853 2512 911 1108 9973 18424 1926