Диссертация (1090183), страница 20
Текст из файла (страница 20)
3.10 показан термопрофиль, требуемый для обеспечения качествапайки «тяжёлых» компонентов (типа реле) на двухслойную печатную плату вконвекционной печи конвейерного типа Vistonics XRM2 (ДАЕИ. Э052-008-09).Статистическоеуправлениепроцессомпайкисостоитвнепрерывноммониторинге за основными параметрами термопрофиля.Заметим, что современные индукционные паяльные станции поверхностногомонтажа имеют до 7 зон в туннеле прохождения печатной платы под монтаж.Отсюда имеется возможность настроить до 7 термопрофилей и разделитьиспользуемые элементы на 7 типов (групп).При монтаже выводов у корпуса элементов на печатную плату замеряетсятемпература t наконечника жала и время выдержки Т жала у галтели паяльногосоединения.Хотя параметры t и Т выставляются на пульте паяльной станции, реально вточке пайки они имеют известные отклонения.
Эти данные передаются по каналу141обмена информацией с паяльной станции на компьютерный центр управления дляпоправок при контроле.Контролировались температура предварительного нагрева X1 в зоневыдержки (на рисунке зона 1), а также пиковая температура Х2 (зона 2) и времявыдержки при этой температуре Х3. Делались замеры выборок по тринаблюденияприотлаженномтехнологическомпроцессечерезравныепромежутки времени (объем мгновенной выборки - три наблюдения).
Дляпредварительного анализа характеристик процесса в данном примере взято 40выборок. При этом в соответствии с заданным термопрофилем должна бытьобеспечена в зоне 2 пиковая температура 250 ± 1°С, время выдержки при пиковойтемпературе 10 ± 1 сек.Результаты наблюдений, обработанные автором, представлены в табл. 3.5.Этиданные(обучающаявыборка,взятаяприотлаженномпроцессе)использовались для того, чтобы оценить качество технологического процесса(стабильностьивоспроизводимость),определитьегохарактеристики,вчастности, контрольные границы карт, на основе которых в дальнейшем можнобылобыпроводитьмониторингпроцессаи,принеобходимости,егорегулирование.Рис.
3.10 – Термопрофиль пайки тяжелого элементаПредварительная обработка результатов проводилась с помощью системыстатистического управления многопараметрическим технологическим процессомАСОНИКА-С [93, 94].142На рис. 3.11 – 3.13 представлены окна программы с файлом исходных данныхи допусками USL (верхняя граница допуска) и LSL (нижняя граница), векторамисредних значений и корреляционной матрицей.
На рис. 3.13 жирным шрифтомвыделенызначимыекорреляции(значимостьпроверяетсявсистемеавтоматически по критерию Стьюдента на уровне значимости 0,005). Видно, чтозначимая отрицательная корреляция с выборочным коэффициентом корреляции = - 0,676 имеет место между пиковой температурой Х2 и временем выдержкиХ3 при этой температуре. Температура нагрева X1 некоррелированна с другимиконтролируемыми параметрами процесса.Таблица 3.5Исходные данные для анализа процессаX1№выборки (температура в зоне 1)1234567891011121314151617181920212223130,1130,0130,0130,0129,9130,0129,8130,4130,0129,6129,8129,7130,3130,1129,5130,1130,0130,2130,0129,9129,6129,6130,3130,4130,4130,3129,7129,4130,4130,4130,1130,2130,4129,8130,1129,8130,3129,8130,0130,4130,1129,9130,1130,2129,9130,2130,2130,1129,9130,3130,6130,4129,9129,8129,7129,8130,3130,1130,1129,8129,6130,0129,9130,1129,7130,0130,0130,1129,2Х2(температура в зоне 2)239,8240,2239,4239,6239,4239,4239,9239,8239,9240,1240,3240,1239,8240,1239,5239,9239,5240,3240,1240,0240,1239,8239,9239,6240,2239,8239,7239,7239,8239,8240,2239,8240,5239,5240,4240,1239,5239,8239,8239,7239,6240,0239,6240,0239,9239,7240,0240,3240,2239,5239,7239,8239,8239,9240,4239,7240,0239,9239,8239,7239,9240,4239,3239,7240,1239,6239,7240,0240,4Х3(время выдержки в зоне2)10,210,19,99,59,99,810,110,09,910,610,410,010,410,210,210,29,910,29,810,010,510,09,69,99,99,99,69,99,810,19,710,19,89,79,89,910,09,710,09,510,410,210,710,19,79,910,09,910,210,110,29,49,910,39,99,79,89,810,110,39,69,810,010,09,99,89,710,59,91432425262728293031323334353637383940130,1130,3130,0130,1130,1129,7130,1129,9129,9130,5130,1129,9130,3130,0129,9129,9129,9129,8130,4130,3130,1129,6130,1130,2129,9130,0130,4130,0129,6130,0130,1130,0130,2130,3129,5129,4129,5130,1130,0129,8129,8129,3130,4130,0130,0130,4129,9129,6129,9130,3130,3Рис.
3.11 – Файл исходныхданных240,0240,1240,2240,1240,3239,9239,6240,0239,6239,7239,8240,0239,5239,9240,1240,1240,0239,9239,7239,6240,1240,2240,0239,5240,1240,2239,7239,8239,7240,0239,7240,1240,3240,4240,1239,7239,5240,5239,9239,9240,1240,0239,8239,8240,1240,2239,9239,8240,0240,0239,89,79,79,99,79,79,710,09,910,110,510,29,510,09,89,99,79,69,810,310,09,69,69,910,29,89,910,110,09,99,610,29,99,79,7Рис. 3.12 – Векторы среднихданных9,810,010,09,99,69,49,79,810,210,39,99,79,910,29,79,710,4144Рис.
3.13 – Корреляционная матрицаНа рис. 3.14 показаны контрольные карты Шухарта. Они свидетельствуют остабильности процесса по параметру X1. Ни на карте средних, ни на картестандартных отклонений нет точек, выходящих за контрольные границы (UCL верхняя контрольная граница соответствующей карты, LCL - нижняя граница).Рис.
3.14 – Контрольные карты Шухарта по параметру X1145Одновременно подсчитаны индексы воспроизводимости процесса монтажа ииндексы пригодности Рр и Ррк, используемыев условиях нарушениястабильности этого процесса [95].Рис. 3.15 – Графическая иллюстрация воспроизводимости процессаВизуально воспроизводимость процесса иллюстрируется рис. 3.15, гдепоказаны границы допуска USL и LSL, а также гистограмма распределения иналоженная на нее аппроксимирующая кривая нормального распределения.
Этакривая, построенная на основе правила «трех сигм», полностью лежит в пределахдопуска, что и свидетельствует об удовлетворительной воспроизводимостипроцесса по параметру X1.Переходим к контролю температурно-временной характеристики в пиковойзоне с помощью контрольной карты Хотеллинга.На рис. 3.16 показана КК Хотеллинга, построенная по 40 мгновеннымвыборкам по двум коррелированным параметрам - пиковой температуре Х2 ивремени выдержки Х3 при этой температуре. Карта свидетельствует, что процессстабилен по этим параметрам.146Рис.
3.16 – Контрольная карта Хотеллинга по параметрам Х2-Х3Таким образом, процесс пайки по контролируемым параметрам X1 - Х3термопрофиля в отлаженном состоянии стабилен и воспроизводим.Обратимся после аттестации технологического процесса к непрерывномумониторингу процесса.При проведении непрерывного мониторинга процесса уже при текущемпроизводстве использовалась та же частота выборок, что и при его анализе впроцессе получения обучающей выборки и Т кр2 .На рис. 3.17 и 3.18 приведены контрольные карты, полученные в результатемониторинга процесса пайки при монтаже модулей.Контрольная граница Т кр2 по Хотеллингу на рис. 3.18 показана жирнойгоризонтальной чертой.В 12-й выборке точка на карте вышла за контрольную границу,статистическая управляемость процесса нарушена, необходимо оперативноевмешательство для регулировки процесса.147Рис.
3.17 – Контрольные карты Шухарта при мониторингепроцесса по параметру Х1Рис. 3.18 – Контрольная карта Хотеллинга при мониторингепроцесса по параметрам Х2-ХЗНа рис. 3.19 приведен разработанный алгоритм процесса мониторинга пайкиИМС и ЭРЭ на печатную плату.148Рис. 3.19 – Алгоритм мониторинга процесса пайкиэлектронных модулей ВС1493.3 Конструкция теплостока модулей Red Stone. Контроль качествапроизводства3.3.1 Общие положенияМикросхемы и прочие электронные изделия (далее ЭРИ) функционируют вопределенном температурном диапазоне, заданном в ТУ.
Отклонение от этогодиапазона при неудачной конструкции электронной системы, как правило,приводяткнеобратимымструктурнымизменениямЭРИ.Повышеннаятемпература снижает диэлектрические свойства материалов, наличие влагиускоряеткоррозиютемпературыпаекзатвердеваетипроводниковых элементов.изоляцияпроводников,Приповышаетсяпонижениихрупкостьизоляционных материалов у разъемов. Различия в коэффициентах линейногорасширения могут привести к разрушению электрических соединений, залитыхкомпаундом. Примеры можно продолжать, но все это увеличивает интенсивностьотказов.Применяемое часто в расчетах положение, что повышение температурывнутри конструкции электронной системы относительно + 45о С на каждые 10о Сповышает интенсивность отказов в два раза, является весьма спорным.
Какуказывалось ранее такой рост дефектов наблюдается только при ускоренныхиспытаниях, когда уровень влажности в приборе в течение испытаний остаетсяпостоянным, т.е. прибор не успевает высохнуть.При создании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) морского назначенияразработчики конструкции решают в основном задачу удаления избытка теплоты,возникающую в приборе в результате саморазогрева элементов. Передачатеплоты от элементов устройства в окружающую среду осуществляется либокондукцией (теплостоки), конвекцией (принудительное воздушное охлаждение) иизлучением (лучеиспусканием).
В РЭА АПЛ для шумопонижения при отводетеплоты используется кондукция. В тепловой цепочке отвода теплоты от РЭАвстречаются и воздушные зазоры, что заметно снижает эффективность системытеплостокаихарактеристикикоторыхнеобходимоучитыватьпри150проектировании.При увеличении плотности компоновки элементов на плоскости модулейпервогоуровняЭМ1,использованииБИСимикросборок,повышениибыстродействия в работе функциональных узлов и т.д.
задача отвода теплоты врежиме кондукции существенно усложняется.Введение в морские изделия конструктива «Red stone» Евромеханика привнеслонесколько научно-технических задач: корректировка расчетной тепловой цепочки от ИМС до источникатеплообмена; построение методики выпуска чертежа на интегральный радиатор модуля ЭМ1; создание аналитического метода расчета теплового сопротивлениявоздушного зазора, возникающего в пазах направляющих стоек приустановке модулей; разработка тепловой модели электронного модуля с интегральнымрадиатором; разработка модели тепловых процессов в конструкции шкафа и т.п.Рассмотрим некоторые из них, касающиеся непосредственно электронногомодуля.3.3.2 Построение интегрального радиатораИзвестно, что для цифровых устройств 80÷90% мощности потреблениярассеивается в виде теплоты, что является исходным фактором при решениизадачи передачи теплоты от модуля ЭМ1 далее в конструкцию [96].В конструктиве «Red Stone» типоразмера 6U стандарта «Евромеханика»(типовое решение для АПЛ при модернизации) для съема теплоты с элементовмодуля применяются интегральные радиаторы из сплава алюминия, приконструировании которого необходимо учесть два фактора:среднее рассеяние мощности по площади печатной платы модуля составляет0,05÷0,07 ВТ/см2,151допустимая температура Si кристалла составляет 150ОС.Алюминий (его сплавы) выбран в качестве материала для радиатора по двумаргументам: минимальная масса, высокий коэффициент теплопроводности.Минимизация массы – важнейшее условие конструирования бортовойаппаратуры.
В условиях АПЛ масса несущих конструкций достигает 70% отобщей массы радиоэлектронной аппаратуры.Коэффициент теплопроводности алюминия и его сплавов m [кал/(с∙см∙ОС)]составляет 0,29÷0,37, у стали 0,10–0,14 и только у меди (и ее сплавов) 0,54.Однако, поскольку металл интегрального радиатора подвержен в конструкции«Евромеханики» механическим колебаниям, то со временем появляютсямикротрещины. Рост последних определяется особенностями микроструктурымарки металла, условиями окружающей среды и т.д.Срок службы радиатора при вибровоздействиях определяется числом цикловдо разрушения, которое может выдержать конструкция при заданном уровнемеханической нагрузки и внешних условиях.Усталостные характеристикиσ∙107 [н∙м2]конструкции радиатора28снимаются экспериментальнона группе образцов при14знакопеременной7повторяющейся нагрузке n∙1060Рис.
3.20 - Усталостные характеристикикак функция числа циклов –рис.3.20.алюминиевого радиатораПри определении срока службы вычисляются собственная резонанснаячастота f 0 , динамические напряжения Рд в конструкции радиатора и изгибающиенапряжения . Далее по рис.3.20 находим число циклов разрушения n, отсюда и152сроки службы t n / f 0 .Количество теплоты, удаляемое от поверхности модуля S естественнойконвекцией без установки радиатора, в общем случае составит [97]:Q amS t c ,где Q [Вт], S [cм2 ], - длина пути теплового потока [см],t t окр t кор - разность температур между окружающей средой и температуройна корпусе ИМС,с – постоянная, зависящая от ориентации поверхности модуля (колеблется впределах 0,3÷0,55).На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
