Bersepeda termal adalah fenomena umum dalam banyak sistem elektronik dan mekanik, dan dapat memiliki dampak yang signifikan pada keandalan dan umur komponen. Sebagai pemasok analisis kegagalan komponen, saya telah melihat secara langsung bagaimana siklus termal dapat menyebabkan berbagai bentuk kegagalan komponen. Di blog ini, saya akan menyelami mekanisme di balik kegagalan ini dan berbagi beberapa wawasan tentang cara mendeteksi dan mencegahnya.
Apa itu bersepeda termal?
Bersepeda termal mengacu pada pemanasan dan pendinginan yang berulang dari komponen atau sistem. Ini dapat terjadi karena operasi normal, perubahan lingkungan, atau daya siklik hidup dan mati. Misalnya, dalam sistem pencahayaan LED, LED memanas ketika dihidupkan dan dingin ketika dimatikan. Seiring waktu, fluktuasi suhu ini dapat menyebabkan tekanan pada komponen, yang menyebabkan kegagalan potensial.
Bagaimana siklus termal menyebabkan kegagalan komponen
Ekspansi dan kontraksi material
Salah satu cara utama bersepeda termal menyebabkan kegagalan komponen adalah melalui ekspansi dan kontraksi material. Bahan yang berbeda memiliki koefisien ekspansi termal (CTE) yang berbeda. Ketika komponen dipanaskan, bahan mengembang, dan ketika didinginkan, mereka berkontraksi. Jika CTE dari berbagai bahan dalam suatu komponen tidak cocok, ini dapat menciptakan tekanan internal pada antarmuka antara bahan.
Misalnya, dalam papan sirkuit cetak (PCB), jejak tembaga dan substrat epoksi memiliki CTE yang berbeda. Selama bersepeda termal, jejak tembaga meluas dan berkontraksi lebih dari substrat epoksi. Hal ini dapat menyebabkan jejak mendelaminasi dari substrat dari waktu ke waktu, yang mengarah ke sirkuit terbuka atau koneksi intermiten.
Kelelahan retak
Bersepeda termal juga dapat menyebabkan retak kelelahan pada komponen. Retak kelelahan terjadi ketika suatu bahan mengalami siklus tegangan berulang. Setiap siklus pemanasan dan pendinginan menambah sedikit kerusakan pada material. Seiring waktu, kerusakan kecil ini menumpuk, dan retakan mulai terbentuk.
Pada perangkat semikonduktor, seperti IGBT (transistor bipolar gerbang terisolasi), bersepeda termal dapat menyebabkan retak kelelahan pada sambungan solder yang menghubungkan perangkat ke PCB. Retakan ini dapat tumbuh seiring waktu, akhirnya menyebabkan kegagalan listrik. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentangPengujian IGBT dan semikonduktordi situs web kami untuk mendeteksi masalah tersebut.
Pembentukan senyawa intermetalik
Mekanisme lain dimana siklus termal dapat menyebabkan kegagalan komponen adalah melalui pembentukan senyawa intermetalik (IMC). IMC terbentuk ketika dua atau lebih logam bereaksi satu sama lain di antarmuka. Selama bersepeda termal, peningkatan suhu dapat mempercepat pembentukan IMC.
Dalam sambungan solder, misalnya, solder dan bantalan logam pada PCB dapat bereaksi untuk membentuk IMC. IMC ini sering rapuh dan dapat mengurangi kekuatan mekanik sambungan solder. Saat lapisan IMC tumbuh lebih tebal dengan siklus termal berulang, sambungan solder menjadi lebih rentan terhadap kegagalan.
Penyerapan dan desorpsi kelembaban
Siklus termal juga dapat menyebabkan penyerapan kelembaban dan desorpsi dalam komponen. Ketika komponen dipanaskan, kelembaban di dalamnya menguap, dan ketika didinginkan, kelembaban dapat memadatkan. Siklus penyerapan dan desorpsi kelembaban yang berulang ini dapat menyebabkan pembengkakan dan penyusutan bahan komponen.
Pada perangkat semikonduktor yang dienkapsulasi plastik, kelembaban dapat menembus enkapsulan plastik dan mencapai dadu. Selama bersepeda termal, kelembaban dapat menyebabkan plastik mendelaminasi dari dadu, yang menyebabkan kegagalan listrik.
Mendeteksi kegagalan komponen yang disebabkan oleh siklus termal
Sebagai pemasok analisis kegagalan komponen, kami menggunakan berbagai teknik untuk mendeteksi kegagalan yang disebabkan oleh siklus termal. Salah satu teknik yang paling umum adalahPengujian X-ray NDT. Pengujian x-ray memungkinkan kita untuk melihat di dalam komponen tanpa menghancurkannya. Kita dapat mendeteksi retakan, delaminasi, dan cacat internal lainnya yang mungkin disebabkan oleh siklus termal.
Teknik lain yang kami gunakan adalah mikroskop. Mikroskop optik dan pemindaian mikroskop elektron (SEM) dapat digunakan untuk memeriksa permukaan komponen dan mengidentifikasi tanda -tanda retak kelelahan, pembentukan IMC, dan kerusakan lainnya.
Kami juga melakukan pengujian listrik untuk mengukur sifat listrik komponen. Ini dapat membantu kami mendeteksi sirkuit terbuka, sirkuit pendek, dan kegagalan listrik lainnya yang mungkin disebabkan oleh bersepeda termal.
Mencegah kegagalan komponen yang disebabkan oleh siklus termal
Ada beberapa cara untuk mencegah kegagalan komponen yang disebabkan oleh siklus termal. Salah satu pendekatan adalah memilih bahan dengan CTE serupa. Dengan menggunakan bahan dengan CTE yang sama, kita dapat mengurangi tegangan internal yang dibuat selama siklus termal.
Pendekatan lain adalah menggunakan teknik manajemen termal untuk mengurangi fluktuasi suhu dalam komponen. Ini dapat mencakup menggunakan heat sink, kipas, atau perangkat pendingin lainnya untuk menghilangkan panas lebih efektif.
Selain itu, proses desain dan manufaktur yang tepat juga dapat membantu mencegah kegagalan komponen yang disebabkan oleh siklus termal. Misalnya, menggunakan teknik solder yang tepat dapat memastikan sambungan solder yang kuat dan andal yang kurang rentan terhadap retak kelelahan.
Kesimpulan
Bersepeda termal adalah penyebab umum kegagalan komponen dalam banyak sistem elektronik dan mekanik. Sebagai pemasok analisis kegagalan komponen, kami memahami mekanisme di balik kegagalan ini dan memiliki keahlian dan alat untuk mendeteksi dan mencegahnya. Apakah Anda berhadapanAnalisis Kegagalan LEDAtau pengujian IGBT dan semikonduktor, kami dapat membantu Anda mengidentifikasi akar penyebab kegagalan dan memberikan solusi untuk mencegahnya terjadi lagi.
Jika Anda mengalami kegagalan komponen dan curiga bahwa bersepeda termal mungkin menjadi penyebabnya, jangan ragu untuk menghubungi kami. Kami di sini untuk membantu Anda dengan kebutuhan analisis kegagalan komponen Anda dan memastikan keandalan dan kinerja produk Anda.
Referensi
- "Analisis Kegagalan Komponen Elektronik" oleh John A. Bentley
- "Manajemen Termal dalam Sistem Elektronik" oleh Avram Bar-Cohen dan Ali Borousehaki
- "Buku Pegangan Kemasan Mikroelektronika" oleh Rao R. Tummala