Wzrost zainteresowania projektowaniem numerycznym jest między innymi wynikiem coraz większej presji przemysłu elektronicznego ze względu na wzrastającą konkurencyjność oraz oczekiwania konsumentów. Nie bez znaczenia jest również problem projektowania proekologicznego i płynnej wymiany kadry inżynierskiej. Miniaturyzacja i integracja układów scalonych oraz wzrost przetwarzanej ilości informacji również powoduje, że dqży się do wytwarzania przyrządów i urządzeń przenośnych o zwiększonej funkcjonalności i pracujqcych no coraz wyższych częstotliwościach. Metody i algorytmy projektowania numerycznego stają sig jednym z kluczowych narzędzi inżynierskich. Stosuje się je zarówno do przewidywania, kwalifikacji, testowania zachowania i niezawodności produktu na skutek obciążeń termomechanicznych, jak i do oszacowania ewentualnych nakładów produkcyjnych.
Omówiono wybrane metody i algorytmy projektowania numerycznego w montażu elektronicznym oraz zaproponowano pewną metodologię, której celem jest optymalizacja niezawodności montażu elektronicznego, z uwzględnieniem takich aspektów, jak analiza czułości i projektowanie tolerancji. Polega ona na opracowaniu parametrycznego modelu numerycznego analizowanego obiektu oraz zastosowaniu odpowiednich kryteriów do prognozowania uszkodzeń typowych połqczeń w montażu elektronicznym na skutek obciążeń termomechanicznych, w zależności od rodzaju uszkodzenia i modelu materiałowego. W przypadku inżynierii istotnym aspektem są możliwości aplikacyjne, łatwość interpretacji uzyskanych wyników, koszty wdrożenia, możliwości kadrowe itp. Dqży się więc do opracowania metod uniwersalnych, które uwzględniałyby jednak specyfikę zastosowań danej dziedziny inżynierskiej.

Spis treści:

Akronimy
Spis oznaczeń
1. Wstęp

2. Mikroelektronika a montaż elektroniczny
2.1. Rola i znaczenie montażu elektronicznego
2.2. Rozwój układów scalonych a rozwój technik montażu elektronicznego
2.3. Niezawodność urządzeń elektronicznych a montaż elektroniczny
2.4. Uszkodzenia w montażu elektronicznym
2.4.1. Wytrzymałość materiałów
2.4.1.1. Stan naprężeńiodkształceń
2.4.1.2. Metody doświadczalne badania wytrzymałości materiałów
2.4.2. Stan naprężenia na skutek obciążeń termomechanicznych
2.5. Odprowadzanie energii cieplnej w montażu elektronicznym
2.5.1. Rezystancja cieplna
2.5.2. Rezystancja cieplna styku
2.6. Założenia, cele i kierunki pracy

3. Metody i algorytmy projektowania w montażu elektronicznym
3.1. Metody projektowania numerycznego
3.1.1. Modelowanie numeryczne; metoda elementów skończonych
3.1.1.1. Metoda FEM
3.1.1.2. Narzędzia do modelowania numerycznego metodą FEM
3.1.2. Planowanie eksperymentów
3.1.2.1. Plany eksperymentów
3.1.2.2. Metody interpretacji wyników eksperymentu
3.1.3. Analiza powierzchni odpowiedzi
3.1.4. Zarządzanie jakością oraz planowanie jakości
3.1.4.1. Optymalizacja
3.1.4.2. Analiza czułości
3.1.4.3. Projektowanie tolerancji
3.2. Zastosowanie algorytmów w projektowaniu numerycznym
3.2.1. Algorytm iteracyjny
3.2.2. Algorytm kompaktowy
3.2.3. Znaczenie algorytmów w projektowaniu montażu elektronicznego
3.3. Zaawansowane algorytmy kompaktowe
3.3.1. Algorytm sekwencyjny
3.3.2. Algorytm parametryczno-sekwencyjny
3.3.2.1. Zmodyfikowany kwadrat łaciński
3.3.2.2. Interpolacja powierzchni odpowiedzi metodą Kriging
3.3.2.3. Oszacowanie błędu modelu powierzchni odpowiedzi
3.3.2.4. Opracowany program komputerowy do projektowania numerycznego
3.4. Przykład zastosowania algorytmów w projektowaniu montażu elektronicznego

4. Numeryczne metody modelowania i prognozowania uszkodzeń w montażu elektronicznym
4.1. Uszkodzenia termomechaniczne a właściwości i modele materiałowe
4.1.1. Modele materiałowe
4.1.1.1. Model sprężysty
4.1.1.2. Model plastyczny
4.1.1.3. Model lepki
4.1.2. Wpływ temperatury na zachowanie modeli materiałowych
4.2. Wytrzymałość złącz bimateriałowych dla połączeń drutowych i bondingu
4.2.1. Modele materiałowe dla złącza bimateriałowego
4.2.2. Stan naprężenia dla złącza bimateriałowego
4.2.3. Kryteria uszkodzenia dla złącza bimateriałowego
4.2.3.1. Pękanie kruche i plastyczne
4.2.3.2. Rozwarstwienie
4.2.4. Przykład obliczeń analitycznych
4.3. Pełzanie i relaksacja naprężeń dla połączeń klejonych i wyprasek
4.3.1. Modele materiałowe dla połączeń klejonych i wyprasek
4.3.2. Relaksacja naprężeń
4.3.3. Pełzanie i pękanie pełzaniowe
4.3.4. Przykład pomiarów doświadczalnych i obliczeń numerycznych dla klejów przewodzących cieplnie
4.4. Zmęczenie połączeń lutowanych
4.4.1. Modele materiałowe połączeń lutowanych
4.4.2. Wytrzymałość i trwałość zmęczeniowa
4.4.2.1. Kryterium naprężenia
4.4.2.2. Kryterium odkształcenia
4.4.2.3. Kryterium energii niesprężystej
4.4.2.4. Kryterium ustalonej propagacji pęknięcia
4.4.3. Przykład obliczeń numerycznych dla montażu typu flip-chip

5. Przykład kompleksowego projektowania numerycznego
5.1. Opis montażu elektronicznego w obudowie typu QFN
5.2. Model numeryczny układu QFN

6. Podsumowanie
Bibliografia