Evaluación de la confiabilidad de las juntas de soldadura: metodología de simulación de elementos finitos
Sobre el Libro
Evaluación de la confiabilidad de las juntas de soldadura: metodología de simulación de elementos finitos (Solder Joint Reliability Assessment: Finite Element Simulation Methodology) es un libro de 187 páginas escrito por Mohd N. Tamin y Norhashimah M. Shaffiar. Fue publicado por la editorial Springer en el año 2016.
Descripción del Libro
Este libro presenta un enfoque sistemático para realizar una evaluación de la confiabilidad de las uniones de soldadura mediante la simulación de elementos finitos (FE). Se elaboran los requisitos esenciales para el modelado EF de un paquete electrónico o una sola junta de soldadura refluida sujeta a condiciones de prueba de confiabilidad. Estos cubren los supuestos considerados para un modelo físico simplificado, el desarrollo de la geometría del modelo FE, los modelos constitutivos para las uniones de soldadura y los aspectos de la validación del modelo FE. Los fundamentos de la mecánica del material de soldadura se revisan adecuadamente en relación con las formulaciones de EF. El concepto de daño se introduce junto con la deliberación del modelo de zona cohesiva y el modelo de daño continuo para la simulación de la interfaz soldadura / IMC y la falla de la junta de soldadura a granel, respectivamente. Se demuestran las aplicaciones de la metodología deliberada a problemas seleccionados para evaluar la confiabilidad de las uniones soldadas. Estos problemas basados en la investigación definidos por la industria incluyen enfriamiento por reflujo de soldadura, ciclos de temperatura y fatiga mecánica de un paquete BGA, prueba de caída a nivel de placa JEDEC y mecanismos de fatiga de las juntas de soldadura. Se hace hincapié en la evaluación cuantitativa precisa de la fiabilidad de las uniones de soldadura a través de la comprensión básica de la mecánica de los materiales interpretada a partir de los resultados de las simulaciones de EF. La metodología de simulación de EF es fácilmente aplicable a muchos otros problemas en la mecánica de materiales y estructuras.
Tabla de contenido
- 1 Introducción.
- 2 Descripción general de la metodología de simulación.
- 3 conceptos básicos para la simulación de elementos finitos.
- 4 Mecánica de los materiales de soldadura.
- 5 Aplicación I: Proceso de reflujo de juntas de soldadura.
- 6 Aplicación II: Juntas de soldadura bajo temperatura y ciclos de carga mecánica.
- 7 Modelos basados en la mecánica de daños.
- 8 Aplicación III: Prueba de caída a nivel de placa.
- 9 Aplicación IV: Proceso de fractura por fatiga de uniones soldadas.
A continuación se muestra un extracto del libro:
Capítulo 4: Mecánica de los materiales de soldadura
4.1 Introducción
La mecánica de un material describe la respuesta de un material a la carga. Esta respuesta se suele cuantificar en términos de desplazamiento, deformación y tensión que actúan en cada punto del material. El comportamiento mecánico del material se representa mediante un diagrama tensión-deformación. El diagrama se obtiene a partir de los datos de la prueba de tensión en una muestra del material. Los procedimientos para realizar una prueba de tensión en materiales metálicos están bien documentados en normas de prueba como ASTM-E8 [6] e ISO 6892 [9]. Algunas propiedades mecánicas, incluido el módulo elástico, E, el límite elástico, Sy y la resistencia a la tracción, Sy7s del material, se determinan a partir del diagrama de tensión-deformación. Además, el diagrama también indica el comportamiento plástico del material. Tanto las propiedades como el comportamiento se rigen por su microestructura, que resulta del procesamiento del material, como la fundición, la laminación en caliente, el estirado y el temple. La relación estructura-procesamiento-propiedad que dicta el rendimiento de un material se ilustra en la figura 4.1. El enfriamiento de equilibrio de una varilla fundida, por ejemplo, puede producir granos equiaxiales en la varilla de metal. Un proceso de trefilado posterior de la varilla de metal en un alambre da como resultado granos alargados a lo largo de la dirección de estirado. La microestructura resultante del alambre trefilado exhibe mayor resistencia y rigidez en la dirección del estirado. La temperatura y la tasa de deformación durante la prueba de tensión influyen en los valores de propiedad resultantes. La exposición prolongada a la temperatura y ambientes corrosivos degrada aún más los valores de las propiedades intrínsecas del material. Además, una temperatura homóloga alta, T / Tm, donde Tm es el punto de fusión del material, podría iniciar la deformación por fluencia, mientras que los ciclos de carga conducen a la falla por fatiga del material. En consecuencia, es necesario describir con precisión la mecánica del material al predecir su respuesta cuando se somete a condiciones de carga únicas o combinadas. Este capítulo describe el comportamiento del material bajo diferentes tipos de carga, a saber, extensiones elástico-plástico, deformación por fluencia y carga de fatiga. Se presentan ejemplos de modelos constitutivos que describen la respuesta tensión-deformación de las aleaciones de soldadura. Se discute un modelo de deformación inelástica unificada que tiene en cuenta los efectos combinados de plasticidad, viscoplasticidad y fluencia.
Se ilustra el rendimiento del modelo en la predicción del comportamiento de tensión-deformación de una aleación de soldadura sin plomo y con base de plomo en los rangos de temperatura y velocidad de deformación de interés. Los aspectos de la implementación de modelos constitutivos y de fatiga en simulaciones de EF para la evaluación de la confiabilidad de las uniones de soldadura en el ensamblaje BGA se abordan adecuadamente.
4.1.1 Aspectos metalúrgicos de las aleaciones de soldadura
Las soldaduras se dividen comúnmente en dos categorías, soldaduras a base de plomo y sin plomo. Las soldaduras a base de plomo, como la aleación eutéctica Sn-37Pb y la aleación casi eutéctica Sn-40Pb, ofrecen temperaturas de fusión relativamente bajas para el proceso de reflujo de soldadura, mientras que exhiben excelente humectabilidad y capacidad de fabricación, y buenas características de resistencia y fatiga para interconexiones en ensambles electrónicos. Sin embargo, impulsados por los requisitos legislativos para un medio ambiente más ecológico y preocupaciones relacionadas con la salud, se está persiguiendo un desarrollo agresivo de aleaciones de soldadura alternativas sin plomo. En la Tabla 4.1 se enumeran ejemplos de soldaduras sin plomo y sus respectivos puntos de fusión. La composición básica de estas soldaduras son Sn-Ag y Sn-Cu. También se recomiendan otras composiciones de soldaduras de Sn-Ag-Cu [24, 37]. La mayor temperatura de fusión asociada de las soldaduras sin plomo eleva la ventana del proceso de reflujo de soldadura sobre sus contrapartes con plomo.
Fin del extracto.
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Referencias
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