Исследование напряженно-деформированного состояния и долговечности контактных соединений электронных модулей космических аппаратов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.04, кандидат наук Азин, Антон Владимирович

• Азин, Антон Владимирович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Азин, Антон Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Аналитический обзор

1.1 Обзор существующих контактных соединений

1.2 Дефекты паяных соединений корпуса микрочипа с контактными

площадками электронной платы

1.3 Методы выявления недостатков конструкции

1.3.1 Технический осмотр

1.3.2 Радиационный контроль

1.3.3 Тепловой контроль

1.3.4 Акустический контроль

1.3.5 Магнитный контроль

1.3.6 Капиллярный метод

1.3.7 Комбинации методов

1.4 Обзор моделей повреждаемости

1.4.1 Математические модели повреждаемости материала

1.4.2 Применение метода акустической эмиссии для прогнозирования

разрушения материалов

2 Математическая модель оценки повреждаемости паяного соединения корпуса

микрочипа с ЭГТ

2.1 Постановка задачи МДТТ

2.2 Метод оценки долговечности контактного соединения 55 2.3Алгоритм применения разработанного метода

2.3.1 Определение механических характеристик материала припоя

2.3.2 Циклическая долговечность материала припоя

2.3.3 Исследование НДС контактных паяных соединений

2.3.4 Определение сдвиговых деформаций при заданном диапазоне рабочих температур

2.3.5 Расчет максимального количества циклов до разрушения контактного соединения

2.3.6 Оценка несущей способности контактных соединений

3 Экспериментальное обоснование модели повреждаемости 81 3.1 Применение АЭ для испытания ЭП

3.2 Экспериментальное обоснование методики применения акустической эмиссии

для прогнозирования разрушения материала припоя ПОС-61

3.2.1 Данные аппаратуры АЭ, получаемые в ходе эксперимента

3.2.2 Испытания образцов припоя в виде лопатки

3.2.3 Испытания образцов припоя в виде проволоки

3.3 Применение АЭ для определения повреждаемости паяных соединений

3.3.1 Образцы модели ЭП с чипом на BGA контактах диаметром 0,6 мм

3.3.2 Образцы модели ЭП с чипом на BGA контактах диаметром 1 мм

3.4 Выводы 116 4 Разработка метода испытания ЭП на механические воздействия и устройства

для его реализации

4.1 Эквивалентность статических и динамических нагрузок

4.2 Метод испытания ЭП

4.3 Разработка устройства для реализации представленного способа

4.4 Проведение численного расчета напряженно-деформированного состояния испытательного стенда при рабочих нагрузках

4.4.1 НДС конструкции испытательного стенда

4.4.2 Определение жесткости плиты при взаимодействии с инденторами при нагружении ЭМ

4.4.3 Определение оптимальной формы наконечника индентора 137 Заключение 143 Список сокращений и условных обозначений 144 Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование напряженно-деформированного состояния и долговечности контактных соединений электронных модулей космических аппаратов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность - одна из основных целей, стоящих перед космической промышленностью на сегодняшний момент это создание искусственного спутника Земли с длительным сроком активного существования. Для этого необходимо, чтобы все конструкционные узлы космического аппарата (КА) имели запас прочности на длительный промежуток времени при экстремальных нагрузках.

Всеобщая миниатюризация электронных компонентов и переход на современную компоновку микросхем электронных модулей (ЭМ), вызванные естественно-техническим развитием и необходимыми целями, требует особого отношения к прочностным характеристикам материалов и типов механических контактов для обеспечения работоспособности модуля на протяжении всего срока технологического ресурса.

В современной науке подобные решения проводятся в основном экспериментальными методами. Поэтому разработка теоретических методов для оценки прочности и долговечности элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) является актуальной как в научном, так и в практическом отношении. В инженерной практике расчет напряженно-деформированного состояния (НДС) в материале элементов конструкций проводится с использованием аппарата сопротивления материалов, строительной механики, с помощью упрощенных схем, основанных на постулатах теорий упругости и пластичности. Результаты исследований последних десятилетий указывают на необходимость разработки метода испытания ЭМ, позволяющего выявлять, локализовывать и определять степень опасности зарождающихся дефектов в конструкции ЭМ на основе расчетов НДС их элементов с учетом сложных реологических свойств материалов и характера вероятных нагрузок. Актуальность диссертационной работы определяется потребностью в теоретически обоснованных проектных решениях для повышения надежности ряда ЭМ на основе технологии «система-на-кристалле». Разработанные методы применяются для проверки работоспособности электронных плат (ЭП), в составе ЭМ, при рабочих нагрузках, для выявления скрытых дефектов ЭП и оценки степени их опасности.

Объектом проведения научного исследования является электронные платы бортовой РЭА КА, которые представляют собой конструктивно-законченные радиоэлектронные узлы.

Решением задачи моделирования механических процессов в конструкциях приборов и систем занимались такие специалисты как E.H. Маквецов, A.M. Тартаковский, Ю.Н. Кофанов, A.M. Кожевников, В.Н. Крищук, A.C. Шалумов, O.A. Фадеев и др. Исследование на прочность конструкций электромеханической направленности (например, ЭП), разработка и проектирование, компоновка без брака и с большим качественным и количественным запасом

прочности является приоритетным направлением развития технической инфраструктуры. Наиболее интересным, в плане новых возможностей, является развитие технологической составляющей для более широкого применения методов неразрушающего контроля (МНК) при производстве и тестировании РЭА. Учитывая потенциально широкую область применимости данных методов в развитии электронной промышленности, разработка универсального оборудования для тестирования ЭМ должна занимать одно из ключевых мест в техническом усовершенствовании способов контроля. Использование при этом программных комплексов, основанных на методе конечных элементов, дает возможность исследовать НДС конструкций любой геометрии на их конечно-элементных моделях.

Цель работы - разработка неразрушающего метода определения начала развития дефектов и мест локализации опасных дефектов при механических испытаниях электронных плат РЭА.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

- определение несущей способности контактных соединений современных корпусов микрочипов с ЭП при отрывных и сдвиговых нагрузках;

- разработка эффективного метода механических испытаний электронных плат РЭА, учитывающего условия эксплуатации и их реальное нагружение в составе прибора;

- разработка способа применения акустической эмиссии (АЭ) для определения начала развития дефектов в компонентах электронных плат при механическом нагружении;

- разработка устройства (испытательный стенд) для реализации метода механических испытаний.

Методика исследования - при выполнении диссертационной работы применялись методы механики деформируемого твердого тела и математического моделирования, численные методы, а также методы экспериментального исследования процессов деформирования твердых тел.

Использовались современные экспериментальные методы испытаний и установки для их реализации (механические испытания - универсальный испытательный стенд Microtester Instron, метод АЭ - система акустико-эмиссионного контроля АЕ System).

Научная новизна состоит в следующем:

1. На основе новых решений о деформации контактных соединений из припойного материала получен теоретический прогноз долговечности паяных соединений контактов BGA и PGA корпусов микрочипов с ЭП.

2. На основе проведенного исследования разработан метод определения остаточного ресурса и оценки долговечности по планируемой истории нагружения для материала контактного соединения комплектующих ЭП.

3. На основе моделирования НДС ЭП при эксплуатационных нагрузках, разработан метод испытания ЭП на механические воздействия, позволяющий учитывать реальные нагрузки ЭП в составе РЭА.

4. Обоснован способ количественной оценки на базе данных АЭ концентрации дефектов, возникающих при пластическом деформировании припойного материала.

5. В результате трехмерного моделирования деформации были получены оценки прочности конструкции испытательного стенда для механических испытаний ЭП.

Теоретическая ценность - на основе новых численных решений о деформации контактных соединений из припойного материала получен теоретический прогноз долговечности паяных соединений контактов многовыводных корпусов микрочипов, используемых в комплектации бортовой РЭА перспективных спутниковых платформ.

Практическая ценность - разработанный метод оценки долговечности контактных соединений позволяет более точно прогнозировать механическое поведение контактных паяных соединений компонентов ЭП бортовой РЭА, а значит повысить качество и оперативность проектных работ. Разработанные способ испытания ЭП на механические воздействия и устройство для его реализации позволяют проводить испытания создаваемых ЭП на всех этапах разработки на нагрузки, соответствующие реальному нагружению ЭП при работе в составе прибора, тем самым повысив качество выпускаемой продукции.

Внедрение результатов работы - результаты диссертационного исследования включены в научно-технические отчеты по опытно-конструкторской работе по теме «Разработка комплекса программных и технических средств проектирования, изготовления и испытаний унифицированного ряда электронных модулей на основе технологии «система-на-кристалле» для систем управления и электропитания космических аппаратов (КА) связи, навигации и дистанционного зондирования Земли с длительным сроком активного существования», выполненной по Постановлению Правительства Российской Федерации №218 (ГК№ 13.G25.31.0017 от 07.09.2010) и научно-исследовательской работе по теме «Разработка метода неразрушающего обнаружения потенциально опасных дефектов электронных модулей приборов космических аппаратов с использованием аппаратуры акустической эмиссии» выполненной в порядке реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (регистрационный номер № 01201359297, ГК № 14.514.11.4077 от 14.03.2013).

На защиту выносятся:

1. Результаты численного моделирования НДС в паяных соединениях контактов BGA и PGA корпусов микрочипов с ЭП под воздействием механических нагрузок.

2. Метод оценки долговечности контактных паяных соединений компонентов ЭП.

3. Способ испытания ЭП на механические воздействия, использующий численное моделирование ЭП.

4. Способ использования метода акустической эмиссии для локализации дефекта на ЭП и оценка степени его поврежденности при механических испытаниях.

5. Устройство, позволяющее использовать разработанный метод для испытания ЭП.

Достоверность полученных результатов обеспечивается математической корректностью

постановок задач, применением апробированных методов решения, решением тестовых и модельных задач, подтверждается хорошим совпадением полученных численных результатов, в частных случаях, с численными решениями и экспериментальными данными других исследователей.

Личный вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, заключается в непосредственном его участии на всех этапах исследований: обсуждение физики процессов, математическая постановка задачи, разработка алгоритмов и программ, проведение параметрических расчетов, анализ и интерпретация результатов, написание статей. Основные результаты, включенные в диссертацию и выносимые автором на защиту, получены А самостоятельно. Постановка задач исследований осуществлена аспирантом как единолично, так и в соавторстве с научным руководителем.

Апробация - основные результаты и положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 5 Международных и Всероссийских конференциях: 1)11 Всероссийская молодежная научная конференция «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики», 11 апреля 2012 г., г. Томск; 2) XI Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Механики XXI веку», 15 мая 2012 г., г. Братск; 3) XIX Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии», 15 апреля 2013 г., г. Томск; 4) X международная конференция «Перспективы развития фундаментальных наук - 2013», 23 апреля 2013 г., г. Томск; 5) 8 всероссийская конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики», 22 апреля 2013 г., г. Томск.

Публикации - результаты диссертационной работы опубликованы в 15 печатных работах, 5 из них в издании, входящем в список ВАК.

Структура и объем работы. Настоящая диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы; содержит 110 рисунков, 10 таблиц, библиографический список литературы из 85 наименований - всего 152 страницы.

1 Аналитический обзор

Одна из основных целей, стоящих перед космической промышленностью на сегодняшний момент, - это создание искусственного спутника Земли (ИСЗ) с длительным сроком активного существования (15 лет и выше). Для этого необходимо, чтобы все конструкционные узлы (в том числе приборы и оборудование) КА имели запас прочности на длительный промежуток времени при экстремальных нагрузках. В радиоэлектронике самым слабым прочностным звеном является соединение корпуса микрочипа с контактной площадкой на электронной плате (ЭП). Бесперебойная работа прибора определяется надежностью этих соединений. Сейчас в космической промышленности широко используются керамические корпуса с шариковыми выводами - BGA, со столбиками из меди - PGA, со столбиками из припоя - CGA и контактами в виде микропружинок - MCS, последние появились сравнительно недавно.

1.1 Обзор существующих контактных соединений

BGA выводы представляют собой шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы [1]. Микросхему располагают на печатной плате, согласно маркировке первого контакта на микросхеме и на плате. Далее, микросхему нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плате. На рисунке 1.1 представлен кирамический корпус с BGA контактами.

интегральная

В 8»0 В В в в

0ФФОООФ0

© о © о © о © © © о о «у

о © © ©

ев © ©

© © © ©

©«©«©©©в ооооаооо

Рисунок 1.1 - Керамический корпус микросхемы на ВОА контактах

РРОА - программируемая пользователем вентильная матрица (ППВМ) [2]. Полупроводниковое устройство, которое может быть сконфигурировано производителем или разработчиком после изготовления. ППВМ программируются путём изменения логики работы

принципиальной схемы. Представляет собой квадратный или прямоугольный корпус с

расположенными в нижней части штырьковыми контактами (рисунок 1.2).

шшшшшшшшшшт. Ш

íííitiííí

аШНШШШ;

*»•*а**«•■<••«•*-

-—микросхема I—-керамический КОрПуС ^стержневой

контакт

Рисунок 1.2 - Керамический корпус микросхемы на PGA контактах

CGA - тип корпуса микрочипа на столбиковых выводах [3]. Данный тип корпусов набирает свою популярность как альтернатива корпусам на BGA контактах для применения с очень большим количеством выводов в платах с высоким уровнем надежности. CCGA корпуса используют для столбцов тугоплавкий припой. Это создает большую прочность, обеспечивая гибкое соединение с улучшенными тепловыми характеристиками, значительно увеличивая тепловое сопротивление соединения корпуса микросхемы с ЭП. Существуют два типа столбиковых контактов из припоя: 80Pb/20Sn с медной спиралью и 90Pb/10Sn (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Керамический корпус микросхемы на CGA контактах

MCS - тип корпуса микросхемы с контактами в виде микропружинок (рисунок 1.4) [4]. MCS вводится как улучшенная альтернатива стандартным жестким массивам, для замены массива столбцов, который обычно используется на интегральных микросхемах с очень высоким содержанием свинца. Массив микропружинок был разработан HACA для высшей степени надежности по сравнению с обычными столбиками.

Рисунок 1.4 - Керамический корпус микросхемы на MCS контактах

На данный момент наибольший интерес для предприятий России, занимающихся разработкой бортового оборудования для КА, представляют корпуса микрочипов типа BGA и PGA, поэтому в данной работе рассмотрены прочностные характеристики контактных соединений этих типов корпусов для обоснования метода оценки долговечности паяных соединений корпусов микрочипов.

1.2 Дефекты паяных соединений корпуса микрочипа с контактными площадками

электронной платы

Качество паяных изделий определяется их прочностью, степенью работоспособности, надежностью, коррозийной стойкостью, способностью выполнять специальные функции (теплопроводность, электропроводность, коммутационные характеристики и т.п.). Обеспечение этих характеристик достигается оптимальными решениями в процессе производства паяного изделия.

К наиболее типичным дефектам паяных соединений относятся поры, раковины, шлаковые и флюсовые включения, непропаи, трещины. Эти дефекты разделяют на две группы: связанные с заполнением расплавом припоя зазора между соединенными пайкой деталями, и возникающие в процессе охлаждения изделия с температуры пайки. Дефекты первой группы связаны главным образом с особенностями заполнения капиллярных зазоров в процессе пайки. Дефекты второй группы обусловлены уменьшением растворимости газов в металлах при переходе из жидкого состояния в твердое и усадочными явлениями.

Одними из основных дефектов, чаще всего встречающихся в паяном шве, является отсутствие его сплошности, пустоты и пористости. Так как пустоты нарушают непрерывность слоя припоя, они неизбежно оказывают неблагоприятное влияние на прочность паяного соединения.

В зависимости от условий паяния площадь пустот в паяном соединении может изменяться в пределах от 5 до 65% всей площади спая. Особенно резко снижают усталостную прочность паяного соединения пустоты, расположенные у его края. Несущая способность паяного соединения при этом меньше на 35% [5].

Другой причиной нарушения непрерывности слоя припоя в соединении являются пузырьки газа, образующегося в результате разложения флюса при температуре паяния. Чем значительнее площадь спая, тем труднее удаляется жидкий флюс из шва избыточным припоем и тем больше возможность образования многочисленных раковин.

Трещины могут возникать под действием напряжений и деформаций металла изделия в процессе охлаждения. Принято различать холодные и горячие трещины. Холодные трещины образуются при температуре до 200°С. Горячие трещины возникают при температуре выше 200°С. Эти трещины обычно имеют кристаллизационное или полигонизационное происхождение. Если в процессе кристаллизации скорость охлаждения высока и возникающе напряжения велики, а деформационная способность металла шва мала, то появляются кристаллизационные трещины. Полигонизационные трещины возникают уже при температурах ниже температуры солидуса после затвердевания сплава по так называемым полигонизационным границам. Холодные трещины возникают чаще всего в зоне спаев, особенно в случае образовании прослойки хрупких интерметаллидов.

Неметаллические включения типа флюсовых или шлаковых возникают при недостаточно тщательной подготовке поверхности изделия к пайке или нарушении ее режима. При слишком длительном нагреве под пайку флюс реагирует с паяемым металлом с образованием твердых остатков, которые плохо вытесняются из зазора припоем. Шлаковые включения могут образоваться также из-за взаимодействия припоев и флюсов с кислородом воздуха или пламенем горелки.

В таблице 1.1 представлены дефекты пайки в контактных соединениях корпусов микрочипов с ЭП.

Таблица 1.1 - Дефекты пайки оплавлением компонентов в корпусах микрочипов

Пример дефекта

Описание дефекта

Возможные причины

Методы предотвращения

•••

»• • 1

• • • т • • •

Эффект «Поп-корна» В центре микросхемы паяные соединения отсутствуют (малый размер шариков свидетельствует об отсутствии механического контакта), вокруг центральной части большое количество перемычек припоя.

Поглощение корпусом компонента влаги. В процессе пайки интенсивное испарение влаги может приводить к:

- Выдавливанию припоя из центра и формированию избыточного количества припоя на паяных соединениях во круг центральной части или образованию перемычек;

- Повреждение корпуса компонента (расслоения, трещины).

Обеспечить хранение ВвА компонентов в соответствующей упаковке, предотвращающей поглощение влаги, или в шкафах сухого хранения. Обеспечить предварительную сушку компонентов перед сборкой (125°С х 24 часа), по стандарту 1РС-А-6КЮ [6].

Недостаточное время и/или температура предварительного нагрева. Недостаточное время и/или температура

ю

Неполное оплавление паяльной пасты в процессе пайки. Паяльная паста оплавлена не полностью. Поверхность паяного соединения шероховатая повторяет форму частиц паяльной пасты. Неправильный выбор температурного профиля.

паики.

Измерить температурный профиль и откорректировать режимы предварительного нагрева и/или пайки.

Пример дефекта

Описание дефекта

Трещины и разрывы между шариком и подложкой микросхемы.

Отсутствие смачивания контактных площадок.

Полное отсутствие или слабый электрический и механический контакт паяного соединения.

Окисленные паяные соединения.

Дефект носит косметический характер.

Коллапс шариковых выводов. В процессе пайки низкотемпературные (Бп/РЬ) шариковые выводы ВОА "расползаются".

Возможные причины

Высокие механические нагрузки, возникающие из-за разных коэффициентов теплового расширения, как правило, наблюдаются у керамических СВСА.

Плохая паяемость контактных площадок. Загрязнение контактных площадок в процессе хранения и сборки ПУ. «Черные контактные площадки» -окисленное покрытие Ni/Au.

Несколько циклов нагрева при пайке двухсторонних печатных плат. Высокая температура и время пайки.

Длительное время пайки приводит к расплавлению и "расползанию" шариковых выводов.

Методы предотвращения

Снизить скорость охлаждения после пайки.

Произвести испытания печатных плат на паяемость в соответствии с требованиями стандарта ,1-8ТО-003А [7]

Обеспечить хранение печатных плат в вакуумной упаковке. Заменить поставщика печатных плат.

Осуществлять пайку компонентов BGA после сборки первой стороны. Уменьшить температуру и/или время пайки._

Откорректировать температурный профиль (уменьшить время пайки). Ограничить растекание припоя

паяльной маской.

Пример дефекта ^■»L дд * ■1 Описание дефекта Возможные причины Методы предотвращения

Перегрев шариковых выводов. Поверхность паяных соединений и шариковых выводов бугристая, неровная, матовая. Высокая температура в процессе пайки. Повторное расплавление припоя (двухсторонний монтаж, ремонт). Откорректировать температурный профиль (уменьшить температуру пайки). При двухстороннем монтаже обеспечить пайку BGA во втором цикле.

«Холодная пайка» Низкая электрическая и механическая прочность паяного соединения. Низкая температура пайки при пайке с применением флюс-геля (флюс-крема, флюс-пасты). Увеличить температуру пайки.

N» Деформация или деструкция паяных соединений. Приводит к снижению механической прочности паяных соединений. Перемещение компонентов в процессе охлаждения (до затвердевания припоя) - может происходить в результате Предотвратить вибрацию конвейера печи. Снизить скорость охлаждения (руководствуясь требованиями стандарта J-STD-020C [8], использовать

Деформация паяного соединения вибрации конвейера печи. Деформация печатных плат при качественные материалы для печатных плат (при внедрении бессвинцовой

Деструкция паяного соединения охлаждении (высокая скорость охлаждения, низкое качество базовых материалов). Ошибки при разработке печатных плат - неправильная конструкция/размещение контактных площадок. технологии температура стеклования диэлектрика должна составлять не менее 150°С)

Пример дефекта Описание дефекта Возможные причины Методы предотвращения

Ёа Затекание паяльной маски на контактную площадку. Метод контроля - визуальный, рентген, снятие микрошлифа. Дефект может стать причиной возникновения трещин в паяном соединении Ошибки при разработке или изготовлении печатных плат Проконтролировать правильность конструкции контактных площадок на соответствие требованиям стандарта 1РС-7095А [9].

Пустоты внутри паяных соединений BGA корпусов Происходит при большой разнице размеров контактных площадок печатных плат и на подложке корпуса BGA. Большие пустоты приводят к низкой механической прочности и разрушению паяных соединений Обеспечить конструкцию контактных площадок в соответствии с требованиями стандарта 1РС-7351[10]

Иг ас м^^^^Н - Л Трещины и разрывы в паяном соединении. Плохая паяемость шариковых выводов, дефект сопровождается неправильной формой галтели припоя .Низкая температура и/или время пайки. Использовать паяльную пасту с более активным флюсом. Повысить температуру и/или время пайки.

Пример дефекта Описание дефекта Возможные причины Методы предотвращения

VOßeffW Небольшие пустоты на границе шариковых вывода и контактной площадки корпуса компонента. Метод контроля -рентген, снятие микрошлифа. Дефект возникает на этапе производства компонентов. Ввести выборочных входной контроль (рентген).

Пример сечения печатной платы с контактными площадками, имеющими в центре углубления, и компонента BGA до сборки ПУ Большие пустоты в месте контакта вывода компонента и контактной площадки на печатной плате. Метод контроля - рентген, снятие микрошлифа. Возникает как при пайке BGA с применением флюса-геля, так и при использовании паяльной пасты. Неправильная конструкция контактных площадок. Исключить сквозные межслойные металлизированные отверстия на контактных площадках под компоненты с шариковыми выводами.

шштш Пример образования дефектов паяных соединений во время процесса пайки

1.3 Методы выявления недостатков конструкции

Диагностика качества паяных соединений при монтаже РЭА имеет большое значение, так как по её результатам может быть сделан вывод о совершенстве технологического процесса, надёжности аппаратуры и её устойчивости к внешним воздействиям.

Рассмотрим существующие методы обнаружения дефектов в электронных платах.

1.3.1 Технический осмотр

Технический осмотр изделия невооруженным глазом или с применением лупы в сочетании с измерениями позволяет проверить качество поверхности, заполнение зазоров припоем, полноту галтелей, наличие трещин и других наружных дефектов. В соответствии с требованиями технических условий паяные изделия подвергают другим методам неразрушающего контроля.

1.3.2 Радиационный контроль

Область применения методов радиационной дефектоскопии определяется ГОСТ 20426 [11].

Несмотря на высокую стоимость рентгеновского контроля, его применение в электронной промышленности быстро расширяется. Обнаружение дефектов, не доступных никакому другому способу, самое высокое покрытие неисправностей, независимость от наличия доступа делают рентгеновский метод незаменимым для контроля сложных печатных узлов [12].

С ростом плотности монтажа печатных узлов (ПУ), применения в них интегральных схем (ИС) с перевернутым кристаллом и корпусами с ультрамалым шагом выводов (менее 0,5 мм) и BGA доступ для визуального и внутрисхемного контроля сильно снижается. Чтобы обойти нехватку "визуального доступа" к BGA, конструкторы стараются провести множество соединений к доступным электрическим контрольным точкам, которые, однако, отнимают полезную площадь у ЭП и тем самым усугубляют проблему экономии пространства ПУ. Производственная же реальность говорит о том, что ограничение доступа - это сигнал к расширению стратегии контроля за пределы визуального, внутрисхемного и функционального.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Азин, Антон Владимирович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. BGA [Электронный ресурс] // Википедия : свободная энцикл. - Электрон, дан. - [Б. м.], 2012. - URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/BGA (дата обращения: 06.06.2012).

2. PGA [Электронный ресурс] // Википедия : свободная энцикл. - Электрон, дан. - [Б. м.], 2012. - URL: http://ru.wikipedia.Org/wiki/Pin_grid_array#PGA (дата обращения: 06.06.2012).

3. CCGA - Ceramic Column Grid Array [Электронный ресурс] // Википедия : свободная энцикл,- Электрон. дан,- [www.SiliconFarEast.com, 2000-2012], 2012,- URL: http://www.siliconfareast.com/ccga (дата обращения: 06.06.2012).

4. Mark MCMeen. Micro-coil spring array [Электронный ресурс] // Электрон, дан. - [STI Electronics, Inc., 1982-2012] - URL: http://www.stielectronicsinc.com/articles (дата обращения: 06.06.2012).

5. Атлас дефектов паяных соединений : учебное пособие / Н. П. Калиниченко, М. О. Викторова; Томский политехнический университет. - Томск : Изд-во Том. политехи, ун-та, 2012-83с.

6. IPC-A-610D. Промышленный стандарт «Критерии качества электронных сборок». - М. : ИПК Изд-во стандартов, 2005. - 397 с.

7. IPC/EIA J-STD-003A. A joint standard developed by the EIA Soldering Technology Committee (STC) and the IPC Printed Wiring Board Solderability Task Group «Solder ability tests for printed boards», 2003. - 13 p.

8. IPC/JEDEC J-STD-020C. Общий стандарт, разработанный исследовательской группой по вопросам образования трещин в пластиковом кристаллодержателе и Комитетом по проверке надежности комплектов приборов «Классификация по уровню чувствительности к влажности и оплавлению негерметичных приборов в твердом состоянии с монтажом на поверхности», 2004. - 17 с.

9. IPC-7095A. Международный стандарт: «Конструкция и внедрение процессов сборки с применением BGA»: (перевод на русский язык, редакция №04.2007). - М. : ЗАО Предприятие Остек, 2004. - 116 с.

10. IPC-7351. Стандарт, разработанный IPC «Общие требования к технологии поверхностного монтажа и стандарта образцов контактных площадок», 2007. - 124 с.

11. ГОСТ 20426-82 Контроль неразрушающий. Методы дефектоскопии радиационные. Область применения. - Взамен ГОСТ 20426-75; введ. 1983-07-01. - М. : Государственный стандарт Союза ССР, 1983 - 17 с.

12. Бакутин, В. Н. Определение дефектов пайки радиационным методом / В. Н. Бакутин, Ж. А. Заика, В. И. Карпов // Дефектоскопия. - 1972. - № 6. - С. 75-80.

13. Рувинова, Э. Рентгеновский контроль качества печатных узлов [Электронный ресурс] // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2001. - № 6. - Электрон, версия печат. публ. - URL: http://www.electronics.ru/journal/article/1503 (дата обращения: 01.11.2010)

14. Тепловой метод неразрушающего контроля [Электронный ресурс] // Школа тепловидения. -Электрон, данн. - [Б.м., б.г.]. - URL: http:// www.infraredtraining.ru (дата обращения: 16.09.2012).

15. Андрейкив, А. Е. Метод акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения /

A.Е. Андрейкив, Н.В. Лысак. - Киев : Изд-во Наук, думка, 1989. - 172 с.

16. Филоненко, С. Ф. Особенности сигналов акустической эмиссии при пластическом деформировании и хрупком разрушении материалов / С. Ф. Филоненко, Н. И. Городынский,

B. С. Бирюков // Физ.-хим. механика материалов, 1985. - № 6. - С. 105-106.

17. Магнитные дефектоскопы [Электронный ресурс] // Неразрушающий контроль. Оборудование для дефектоскопии и технической диагностики. - Электрон, данн. - ВРА Group, 2008-2012. - URL: http:// www.ncontroI.ru /catalog/Magnitoporoshkovyj-kontrol/Pribory-dlya-magnitnoj-defektokoskopii (дата обращения: 16.09.2012).

18. Капиллярный контроль [Электронный ресурс] // Приборы и оборудование для неразрушающего контроля и геодезии. — Электрон, данн. - [Б.м.] , 2007-2011. - URL: http:// www.ndt-geo.ru/category_8.html (дата обращения: 16.09.2012).

19. Гордов, В. Электрический контроль печатных плат и узлов [Электронный ресурс] // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. - 2004. - №7. - Электрон, версия печат. публ. - URL: http://www.electronics.rU/journal/article/l 136 (дата обращения: 01.11.2010)

20. Журков, С. Н. К вопросу о физической основе прочности // Физика твердого тела. - 1980. -Т. 22, вып. 11.-С. 3344-3349.

21. Качанов, Л.М. Основы механики разрушения / Л.М. Качанов. - М.: Наука, 1974. - 312 с.

22. Работнов, Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций / Ю.Н. Работнов - М.: Наука, 1966. -753 с.

23. Новожилов, В. В. О необходимом и достаточном критерии хрупкой прочности // Прикл. математика и механика. - 1969. - Т. 33, вып. 2 - С. 212-222.

24. Москвитин, В. В. Циклические нагружения элементов конструкций / В. В. Москвитин. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. - 1981. - 344 с.

25. Когаев, В. П Расчеты деталей машин на прочность и долговечность: справочник / В. П. Когаев, Н. А. Махутов, А. П. Гусенков - М. : Машиностроение, 1985. - 224 с.

26. Ратченко, В. П. Математическая модель неупругого деформирования и разрушения металлов при ползучести энергетического типа // Вестн. Самар. техн. ун-та. Сер. физ.-мат. науки. - 1996. - №4. - С. 43-63.

27. Колмогоров, В. Л. К математическому моделированию динамики течения и разрушения металла при пластическом деформировании // Математическое моделирование систем и процессов. - 2001. - №9. - С. 47-66.

28. Стружанов, В. В. Устойчивость деформирования составного шара и итерационная процедура расчета напряженного состояния / С. В. Жижерин, В. В. Стружанов // Математическое моделирование систем и процессов. - 2002. - № 10. - С. 42-51.

29. Коротких, Ю. Г. Обоснование применимости эволюционного уравнения накопления повреждений для оценки малоцикловой усталости металлов // Проблемы прочности и пластичности. - Вып. 72. - 2010. - С. 46-56.

30. Казаков, Д. А. Моделирование процессов деформирования и разрушения материалов и конструкций. Монография / Д. А. Казаков, С. А. Капустин, Ю. Г. Коротких. - Н. Новгород : Изд-во Нижегород. гос. ун-та, 1999. - 226 с.

31. Вильдеман, В. Э. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов / В.Э. Вильдеман, Ю. В. Соколкин, А. А. Ташкинов - М. : Наука. Физматлит, 1997. -288 с.

32. Победря, Б. Е. Механика композиционных материалов / Б. Е. Победря. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 336 с.

33. Соколкин, Ю. В. Механика деформирования и разрушения структурно-неоднородных тел / Ю. В. Соколкин, А. А. Ташкинов - М. : Наука, 1984. - 115 с.

34. Козинкина, А. И. Моделирование и оценка накопления повреждений в конструкционных материалах на базе данных акустической эмиссии : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / А.И. Козинкина. - М., 2008. - 34 с.

35. Пат. 2298785 Российская Федерация, МПК G01N 29/14, Способ измерения концентрации дефектов при пластическом деформировании материалов в процессе силового воздействия / Березин А. В., Козинкина А. И. 15.12.2004, Бюл. №13. - 6 с.

36. Буйло, С. И. Физико-механические и статические аспекты акустико-эмиссионной диагностики предразрушающего состояния : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / С.И. Буйло. -Ростов н/Д, 2009. - 39 с.

37. Метод акустической эмиссии в задачах ранней диагностики деструкции материалов[Электронный ресурс] Гл. 3 // Диагностика материалов и изделий из них: электронное учеб. пособие / С.И. Буйло и [др.] - Электрон, данн. - Н. Новгород, 2009. - URL: http://uran.ip.rsu.ru/ (дата обращения: 16.07.2011).

38. Башков, О. В. Анализ эволюции дефектной структуры поликристаллических материалов на различных стадиях нагружения методом акустической эмиссии: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / О. В. Башков. - Комсомольск-на-Амуре, 2011. - 37 с.

39. Кустов, А.И. Выявление состояний твердых тел, предшествующих их разрушению, методами акустомикроскопической дефектоскопии / А. И. Кустов, И. А. Мигель // XVIII Петербургские чтения по проблемам прочности и роста кристаллов, посвященные 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР профессора A.B. Степанова. - СПб, 2008. -С. 103-106.

40. Кустов, А.И. Анализ дефектных структур материалов в конденсированном состоянии с помощью методов акустомикроскопической дефектоскопии и определение их влияния на физико-механические свойства / А. И. Кустов, И. А. Мигель // XVIII Петербургские чтения по проблемам прочности и роста кристаллов, посвященные 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР профессора A.B. Степанова. - СПб, 2008. - С. 107-110.

41. Кустов А.И. Акустомикроскопический анализ физико-механических характеристик композиционных материалов с целью оценки предельности их состояния / А. И. Кустов, И. А. Мигель // XVIII Петербургские чтения по проблемам прочности и роста кристаллов, посвященные 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР профессора А. В. Степанова. - СПб, 2008.-С. 110-113.

42. Кондранин, Е.А. Определение прочностных характеристик конструкций на основе инвариантов параметров / Е.А. Кондранин // Известия Южного федерального ун-та. Технические науки. - Таганрог, 2009. -№2 : Тематический выпуск. - С. 14-19.

43. Пат. 2367942 Российская Федерация, МПК G01N 29/14,. Способ оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле / Кондранин Е. А., «Научно-исследовательский институт специальных информационно-измерительных систем» 20.09.2009, Бюл. №26. - 7 с.

44. Овчарук, В. Н. Применение вторичных параметров спектральных функций сигналов АЭ при решении задач прогнозирования разрушений / В. Н. Овчарук // 7-ая международная выставка и конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». - М., 2008. - С. 120-122.

45. Лахова, Е. Н. Оценка состояния критически нагруженных конструкций / Е. Н. Лахова, В. В. Носов // Международная конференция «Современное машиностроение. Наука и образование 2011». - СПб, 2011. - С. 445-453.

46. Ельчанинов, Г. С. Методика оценки ресурса сложно нагруженных сварных соединений / Г. С. Ельчанинов, В. В Носов // Международная конференция «Современное машиностроение. Наука и образование 2011». - СПб, 2011. - С. 212-218.

47. Апасов, А. М. Исследование сигналов акустической эмиссии при статическом нагружении плоских образцов из высокопрочной стали / А. М. Апасов // Изв. Том. политехи, ун-та,- 2010. - Т. 316, № 2. - С. 32-41.

48. Апасов, A.M. Диагностика процесса взаимодействия потоков лазерного излучения с трещиной в стали на основе акустической эмиссии / A.M. Апасов // Изв. Том. политехи, ун-та-2010,-Т. 316, №2.-С. 97-100.

49. Ройзман, В.П. Проблема прочностной надежности в радиоэлектронике / В.П. Ройзман // Технология и конструирование в электронной аппаратуре - 2005- №6 - С.6-12.

50. Однокольцев, А. В. Система неразрушающего контроля на основе явления акустической эмиссии / А. В. Однокольцев, А. И. Власов, А. В. Руткевич // Инженерный вестн. - 2012-№8. -С.1-19.

51. Никитин, Е. С. Прогнозирование мест разрушения в материалах акустическим методом на примере сталей М16С и Ст.Зсп / Е. С. Никитин // Изв. Том. политехи, ун-та - 2006. - Т.309, №8. - С. 64-67.

52. Власов, В. Т. Физические критерии оценки напряженно-деформированного состояния материалов и элементов конструкций / В. Т. Власов, А. А. Дубов // 7-ая международная выставка и конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». -М., 2008.-С. 137-138.

53. Плехов, О. А. Экспериментальное исследование взаимосвязи механических и диссипативных свойств металлов при циклическом деформировании методами инфракрасного сканирования и акустической эмиссии / О. А. Плехов, И. А. Пантелеев, В. А. Леонтьев // XVIII Петербургские чтения по проблемам прочности и роста кристаллов, посвященные 100-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР профессора А. В. Степанова. - СПб, 2008. -С. 115-116.

54. Мишанкин, В. В. Акустический метод оценки поврежденности металлов, подвергаемых силовому нагружению / В. В. Мишанкин, В. В. Кассина, М. Ю. Наумов, С. В. Мишанкин // 7-ая международная выставка и конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». - М., 2008. - С. 147-148.

55. Behal, J. Health monitoring of composite patch by acoustic emission method / J. Behal, V. Makarov // 7-ая международная выставка и конференция «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности». - М., 2008. - С. 42-43.

56. Быков, С. П. Акустическая эмиссия при росте трещин в вязкоупругом материале / С. П. Быков, В. И. Иванов// Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2008. - Т. 74, № 9. - С. 47-52.

57. Pat. US 005929315 United States. Measuring crack growth by acoustic emission / H. Dunegan ; Pat. Assignee Harold L. Dunegan. - Pub. Date 1999.07.27. - 21 p.

58. Москвитин, В. В. Сопротивление вязко - упругих материалов. / В. В. Москвитин - М. : Наука, 1972.-328 с.

59. Выбор направления исследований. Теоретические и экспериментальные исследования поставленных перед НИР задач : отчет о НИР (промежуточ.) / Том. гос. ун-т ; рук. Пономарев С.В. - Томск, 2013. - 273 с. - № ГР 01201359297. - Инв. № 734931.

60. Tummala, R. R. Fundamentals of Microsystems Packaging./ Tummala R. R. - The McGraw-Hill Companies, 2001. - Ch. 5. - 926 p.

61. Азин, А. В. Экспериментально-теоретическое исследование напряженно-деформируемого состояния и оценка долговечности BGA и CGA контактов электронных модулей / А.В. Азин, [и др.]// Известия высших учебных заведений. Физика. - 2011. - Т.54, № 10/2.-С. 146-153.

62. ГОСТ 24409-80. Материалы керамические электротехнические. Методы испытаний. -Взамен ГОСТ 20419 - 75 в части методов испытаний, введ. 1982-01-01 - М.: Изд-во стандартов, 1998.

63. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике : пер. с англ./ О. Зенкевич, под ред. Б. Е. Победри - М. : Мир, 1975-541 с.

64. Оден, Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. / Оден Дж. - М.: Мир, 1976.-464 с.

65. Сдвиг. Кручение [Электронный ресурс] Гл. 2 // Дальневосточный государственный университет путей сообщения. Сервер дистанционного образования : электронное учеб. пособие. - Электрон, данн. - [Б.д., б.г.]. - URL: http://edu.dvgups.ru/METDOCGDTRAN/ NTS/DET_MASH/MEHANIKA/METOD/DRIGIN/frame/2_4.htm (Дата обращения 15.07.13).

66. Steinberg, Dave S. Cooling Techniques for Electronic Equipment : 2 ed. / Steinberg Dave S. -A Wiley-Interscience Publication, 1991. - 521 p.

67. Strickland S. M. Microcoil spring interconnects for ceramic grid array integrated circuits. Report ofNASA TM-2011-216463 / Strickland S.M., J.D. Hester, Gowan A.K. et al. - Marshall Space Flight Center, Alabama. - 2011. - 27 p.

68. Anurag Bansal et al. A New Approach for Early Detection of PCB Pad Cratering Failures [Электронный ресурс] // Cisco Systems, Inc. - 2011. - 12 p. - Электрон, версия печат. публ.-URL: http://www.ipcoutlook.org/mart/51663.shtml (дата обращения: 01.11.2011)

69. Anurag Bansal et al. Investigation of Pad Cratering in Large Flip-Chip BGA using Acoustic Emission [Электронный ресурс] // Cisco Systems, Inc. - 2011. - 12 p. - Электрон, версия печат. публ. - URL: http://www.ipcoutlook.org/pdf/investigation_pad_cratering_ipc.pdf (дата обращения: 01.11.2011)

70. Brian Roggerman et al. Assessment of PCB Pad Cratering Resistance by Join Level Testing [Электронный ресурс] // Electronic Component Technology Conference. - 2008. - 9 p. - Электрон.

версия печат. публ.- URL: http://www.researchgate.net/publication/ 224319157_Assessment _of_PCB_pad_cratering_resistance_byJoint_level_testing (дата обращения: 01.11.2011).

71. Кареев, А. Е. Влияние погрешностей координат установки датчиков пьезоантенны на точность локации источников сигналов акустической эмиссии / А. Е. Кареев, JI. Н. Степанова, Е. С. Тенитилов // Дефектоскопия. - 2010. -№ 11. - С. 21-29.

72. Степанова, J1. Н. Локализация источников акустической эмиссии в объектах с малыми геометрическими размерами / Л. Н. Степанова, Е. С. Тенитилов // Дефектоскопия. - 2012. -№ 11.-С. 62-72.

73. Азин, А. В. Обоснование методики определения поврежденности материала с использованием акустической эмиссии / A.B. Азин, H.H. Марицкий, С.А. Пономарев, С.В. Пономарев // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2013. - Т.56, № 9. - С. 23-25.

74. Экспериментальные исследования. Обобщение и оценка результатов исследований. Отчет о НИР «2013-1.4-14-514-0010-014» (заключ.) / Том. гос. ун-т ; рук. Пономарев С.В. -Томск, 2013. - 280 с. - № ГР 01201359297. - Инв. № 734931.

75. ГОСТ РВ 20.57.305-98. Комплексная система контроля качества. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Методы испытания на воздействие механических факторов. - Взамен ГОСТ В 20.57.305-76, ГОСТ В 20.57.305-85 ВД, ГОСТ В 20.57.307-76 и ГОСТ В 20.57.307-85 ВД; введ. 1998-07-09 - М.: Изд-во стандартов, 1998.

76. Ленк, А. Механические испытания приборов и аппаратов./ А. Ленк, Ю. Ренитц - М. : Мир, 1976.-270 с.

77. Испытательная техника : справочник : в 2 т. / под ред. В. В. Клюева - М. : Машиностроение, 1982 - Т. 2. - 560 с.

78. Стандарт IEC-PAS 62137-3. Технология электронного монтажа. Методы тестирования надежности паяных соединений [Электронный ресурс], Приложение D // Технологии в электронной промышленности. - 2009. - №1. -Электрон, версия печат. публ. - Finestreet, 2011. - URL:http://www.tech-e.ru/2009_l_40.php (дата обращения: 01.11.20И).

79. Хвалько, A.A. Алгоритмы и программа моделирования напряженно-деформированного состояния унифицированных конструкций радиоэлектронной аппаратуры: автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук / A.A. Хвалько. - Томск, 2011. - 24 с.

80. Биргер, И. А. Прочность, устойчивость, колебания : справочник : в 3 т. / И. А. Биргер, Я. Г. Пановко - М. : Машиностроение, 1968. - Т. 1. - 831 с.

81. Пат. 1582063 Российская Федерация, МПК G01N 3/32, Установка для испытания образцов материалов на усталость при изгибе / Лодус Е.В.30.07.1990, Бюл. №28. - 3 с.

82. Пат. РФ №1663497 Российская Федерация, МПК вОШ 3/32 Установка для испытания образцов материалов на усталость при изгибе / Лодус Е.В. Дата начала действия 15.07.1991, Бюл. №26. - 3 с.

83. Пат. РФ №1748007 Российская Федерация, МПК вОШ 3/20 Установка для испытания образцов материалов на усталость при изгибе / Лодус Е.В. Дата начала действия 15.07.1992, Бюл. №26. - 3 с.

84. Пат. РФ№2416084 Российская Федерация, МПК вОШ 3/32 Установка для испытания образцов материалов на усталость при изгибе/ Лодус Е.В. Дата начала действия 10.04.2011, Бюл. №10.-5 с.

85. Пат. 2453823 Российская Федерация, МПК вОШ 3/20. Нагрузочное устройство/Миронова Л.И., Крюкова Т.И., Крюков Р.В.; заявитель и патентообладатель Миронова Л.И. - Дата начала действия 31.01.2011, Бюл. №17. - 11 с.