Baskı devre kart elemanlarının mekanik yorulma ve hassasiyet analizleri

Dinamik yükler altında çalışmakta olan yapılarda yorulma hasarlarının oluşması mühendislik uygulamalarında sıklıkla görülmektedir. Askeri uygulamalarda kullanılmakta olan elektronik donanımların sert çalışma koşullarına dayanması gerekmektedir. Bu tip ekipmanların dayanıklılığı içerlerinde bulunan hassas elektronik parçaların dayanıklılığına bağlıdır. Geleneksel olarak, sağlamlaştırılmamış hazır ticari ürünler (HTÜ) bulunduran donanımların titreşim yüklerinden korunması titreşim-şok izolatörleri ile sağlanmaktadır. Ancak titreşim izolatörlerinin birtakım dezavantajları bulunmaktadır. Birçok hasar mekanik bağlantılarda, örneğin lehimlerde ve malzeme bacaklarında ortaya çıktığı için bu çalışmada hassas elektronik parçaların baskı devre kart seviyesinde sağlamlaştırılması incelenmiştir. Bu kapsamda baskı devre kartlar üzerine monte edilen eksenel bacaklı alüminyum kapasitörlerde titreşim kaynaklı yorulmaya bağlı oluşan hasarlar analiz edilmiştir. Basamaklandırılmış Gerilme Test (BGT) yöntemi kullanılarak malzemelerin hızlandırılmış ömür testleriyle dayanımları elde edilmiş ve bu değerler sayısal analizlerde girdi olarak kullanılmıştır. Baskı devre kartlara ait çeşitli özelliklerin değiştirilmesi ile yorulma ömrünün nasıl etkilendiğini görmek için örnek bir eksenel bacaklı kapasitör için hassasiyet analizleri yapılmıştır. Ayrıca, elektronik paketlemede özellikle yaygın bir yöntem olarak kullanılmakta olan ekobont (eccobond) ve silikon ile sağlamlaştırma yöntemlerinin elektronik malzemelerin yorulma ömrü üzerine olan etkileri de incelenmiştir.

Mechanical fatigue and sensitivity study of a printed circuit board component

Fatigue failure of structures operating under dynamic loadings is widely seen in engineering applications. Electronic equipment, which is widely used in military applications, must be able to survive harsh environments. The endurance of such equipment is defined by the durability of their internal sensitive components. Traditionally, vibration isolation of equipment having commercial of-the-shelf (COTS) electronics is achieved by means of vibration-shock isolators. However, the use of such vibration isolators has some disadvantages. Since most failures occur at mechanical joints such as solder joints and lead wires, ruggedization of sensitive electronic components mounted on PCB’s are investigated in this study. Therefore vibration induced fatigue life analysis of an axial leaded aluminum capacitor is performed. Using Step Stress Testing method (SST) component fatigue capabilities, which are used as inputs in further numerical analysis, are obtained. Furthermore, sensitivity analysis for axial leaded capacitor is done in order to focus on the influence of some design parameters on the fatigue life. Finally, the effect of well-known ruggedization techniques in electronic industry like eccobond and silicone reinforcement on the fatigue life of the component is examined.

PDF

___

1. Veprik, A.M., Vibration Protection of Critical Components of Electronic Equipment in Harsh Environmental Conditions, Journal of Shock and Vibration, Volume 259(1), pp. 161-175, 2003.
2. Çelik, M., Ruggedization of the gunner display unit for a self propelled howitzer, NATO Functional and Mechanical Integration of Weapons with Land and Air Vehicles Symposium, RPO-MP-AVT-108, Williamsburg VA, USA, 2004.
3. Considerations in Selecting a Vibration Isolator, http://www.lordmpd.com, visited on April 2006.
4. Wang, H., Zhao, M., Guo, G., Vibration fatigue experiments of SMT solder joint, Microelectronics and Reliability, Volume 44, Issue 7, pages 1143-1156, July 2004.
5. Genç, C., Fatigue and Life Estimation Analysis of Printed Circuit Board Components, MSc. Thesis, Middle East Technical University, Ankara, Turkey, 2006.
6. CirVibe Version 3.0 User’s Manual and Training Notes, CirVibe Inc, USA, 2003.
7. American Society for Testing and Materials ASTMD790–99, Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700, West Conshohocken, PA 19428-2959, USA,1999.
8. Test Lab Rev. 4A User’s Manual and Training Notes, LMS International, Leuven, Belgium, 2003.
9. Institute of Environmental Sciences and Technology IEST-RP-PR001.1, Appendix A: Vibration Stress Screening Development Characteristics, 5005 Newport Drive, Suite 506 Rolling Meadows, IL 60008-3841,USA,1999.
10. Peck, D.S., Trapp, O.D., Accelerated Testing Handbook, Technology Associates & D.S. Peck Consulting Corp., California: Technology Associates,1987.
11. Steinberg, D.S., Vibration Analysis for Electronic Equipments, Second edition, John Wiley& Sons, New York, USA, 1988.
12. Hobbs, G.K., Highly Accelerated Life Tests, Proceedings of Institute of Environmental Sciences, 5005 Newport Drive, Suite 506 Rolling Meadows, IL 60008-3841, USA, 1992.
13. Starr, J., Optimizing HALT, ESS and HASS of Electronic Circuit Cards, CirVibe Inc., Plymouth, USA, 2003.
14. Nelson, W., Applied Life Data Analysis, Wiley series in probability and mathematical statistics”, ISSN O271–6356, New York, USA, 1982.