Độ tin cậy hệ thống Phân tích vật lý

PHÂN TÍCH VT LÝ

1. M ñu

Phân tích vt lý là phân tích chn ñoán hay phân tích hng hóc, ñóng vai trò quan

trng trong k thut ñ tin cy. Dng phân tích này tr li hu ht các câu hi: ti sao, 

ñâu, khi nào và ra sao (why, where, when, và how) v tui th ca linh kin. Phân tích

chng minh ñim ch yu trong hiu bit, xác ñnh, và ng dng thích hp tác ñng hiu

chnh cho nguyên nhân ct lõi ca hng hóc. Hiu ñưc nguyên nhân ct lõi ca hng

hóc là ñiu rt quan trng trong môi trung cnh tranh ñ sn xut ñưc sn phm cht

lưng cao. Chương này tho lun các phương pháp cơ bn ñ phân tích v nguyên nhân

ct lõi và gii thiu tng quan v k thut phân tích dùng trong phương pháp này.

2. Yu t vt lý ca hng hóc

Xác ñnh ñưc yu t vt lý ca hng hóc sau mt th nghim có ñiu khin hay

hng hóc ti hin trưng là cn thit ñ hiu bit v sn phm cùng gii hn ca chúng.

Tìm ñưc nguyên nhân ci ngun là li ñim ñ gim thiu các hng hóc tương t và

thit lp ñuc ñ c tính gii hn ca sn phm. S tha mãn ca khách hàng thưng ph

thuc vào cách gii quyt vn ñ và hành ñng phòng ng!a nh"m gim thiu các khuyt

tt s#p ti. Khuch tán, ăn mòn, vt phát trin dendrit (dendritic growth), nhi%m bn, nh

hưng ca yu t co-dãn, và yu t x tnh ñin (ESD: electrostatic discharge) là các th!a

s ch yu khi xác ñnh ngun gc ca hng hóc. Các phn tip sau s& tho lun các vn

ñ này liên quan ñn tình trng tui th.

2.1 Khuch tán (diffusion)

Khuch tán ñưc ñnh nghĩa là yu t dch chuyn (migration) ca nguyên t hay ca

khi lưng. Nguyên t trong cht khí và cht lng thưng có tính cơ ñng cao. Thí d,

khi m mt l nưc hoa thì hương ta ra phòng rt nhanh, hu như là tc thi. ðng thi,

các nguyên t trong cht r#n cũng cơ ñng, và thc s dch chuyn t! vùng này sang

vùng khác. Hin tưng này thưng ñưc dùng trong sn xut thép m và quarters.

Trưng hp quarters thì lp sandwich kim loi ñưc to nên t! hp kim ñng/nicken

xung quanh mt lõi ñng. ðng khuch tán theo các hưng và to nên kt ni kim loi.

Mt khía cnh xu ca khuch tán là cht thi Kirkendall (voiding), khi mt nguyên t

trong liên kt kim loi – kim loi khuch tán nhanh ñn ni các khong trng

(vacancies:(holes in the lattice) tích t và m t sau ca ñưng khuch tán và làm kim loi

b yu ñi. Có hai dng khuch tán trong kim loi: interstitial và substitutional, hay l

trng (vacancy). Khuch tán qua khe (interstitial diffusion) v cơ bn là khuch tán t! các

phn t nh* như hydrogen (H), carbon (C), và nitrogen (N). ðây là dng khuch tán

nhanh nht do các nguyên t dch chuyn nhanh vào các khe trong m#t lưi (lattices) do

các nơi này thưng r+ng. Mt khe (interstitial site) là không gian trong lattice vi các

lattice cơ bn.

Khuch tán thay th (substitutional diffusion, hay vacancy diffusion) thưng chm

hơn do các nguyên t di chuyn t! vacancy ñn vacancy, và quá trình khuch tán phi

ñi cho ñn khi mt vacancy ñưc m trong lattice. Vacancy là ñim khuyt hay thiu

nguyên t trong lattice. S vacancies trong vt liu tăng theo nhit ñ do giao ñng trong

nguyên t tăng và càng nhiu khuyt tt ñưc to nên, nhit ñ càng tăng thì khuch tán

càng mnh. ðiu này ñưc biu th thành phương trình sau:

RTQ

eDD

−

(1)

trong ñó

D = là ñ khch tán hay h s khuch tán

= h"ng s vt liu

Q = năng lưng kích hot

R = h"ng s cht khí, và

T = nhit ñ Kelvin.

Khuch tán cũng ph thuc thi gian, cho bi phương trình:













−

erf

(2)

Trong ñó:

t = thi gian

Cs = din tích b m t tp trung (concentration)

Cx = ñ cô ñng (concentration) ti khong cách x, và

Co= ñ cô ñng nguyên thy (original concentration).

Hơn n,a, khuch tán còn ph thuc vào gradient, tương t như gradien khi nhit ñi t!

nóng sang lnh ñ ñt cân b"ng. Nu nhit ñ torng phòng là 20°C và nhit ñ bên ngoài

là 0°C, thì nhit t! bên trong s& ta ra ngoài. Khuch tán trong cht r#n cũng tương t, và

có phương trình sau:

DJ −=

(3)

trong ñó

J = dòng chy

D= ñ khuch tán , và ño hàm ca concentration gradient.

Hiu ng Kirkendall là s c ca khuch tán khi kim loi A và kim loi B ñưc ñ t

gn nhau, và kim loi A khuch tán vào B nhanh hơn so vi mc khuch tán ca B vào

A. Sau mt lúc thì giao din gi,a hai kim loi s& di chuyn vào trong kim loi A.

Nu khuch tán ca nguyên t ca A vào kim loi B nhanh hơn so vi các nguyên t

ca A l#p ñy các khong trng (vacancy) ca mình, hin tưng bài tit (voiding) xut

hin trong kim loi A hay trong lp giao din (Kirkendall voiding):

VBVABA

JJJJ <

⇒

(4)

, J

= dòng chy ca nguyên t

= dòng chy các vacancies

2.2 Biu ñ pha

Gin ñ pha là mt công c rt

quan trng ca khoa hc vt liu khi

kho sát h thng nhiu phn t. ð

th minh ha các pha hin din trong

thành phn cu to khác nhau theo

nhit ñ vi áp sut c ñnh (thưng là 1 atmosphere). Các ñ th này cũng cho thy tính

hòa tan và xác ñnh mt cách ñnh lưng bao nhiêu pha hin h,u (Lut Lever). Gin ñ

sau ñây cho thy mt h thng to nên dung dch r#n (A hòa tan trong B), và h thng có

ñim nhit ñ eutectic. Có hai dng dung dch r#n: substitutional và interstitial.

Thí d v dung dch r#n thay th

(substitutional) là nickel (Ni) hòa tan vào ñng

(Cu). Khi Ni to hp kim vi Cu, thì nguyên t

Ni thay th nguyên t Cu trong cu trúc lattice

cơ bns (FCC).

Mt dung dch r#n interstitial có các nguyên

t hp cht trong các khe (interstices). V cơ

bn ñây là các nguyên t bé nht do kích thưc

các l trng trong khe.

Eutectic t! ting Hy Lp có nghĩa là “hòa tan tt (melts well).” Trên gin ñ pha, khi

làm lnh, cht lng ñưc chuyn sang hai cht r#n. Ti ñim eutectic, hp cht có ñim

nhit ñ chy thp nht.

Các hp cht cho phép hp cht kim loi trong kim loi có ñim nhit ñ chy thp

hơn so vi hai dng kim loi riêng l&. Mt eutectic thì cũng là cu trúc phin mng

(lamellar), trong ñó các lp k nhau to nên các pha.

Thí d, thit b ñuc hàn vi bo mch dùng cht hàn noneutectic. Bo mch này li

ñưc hàn tip vào bo mch khác trưc khi ñóng võ. Cht hàn ñưc dùng cho ln hàn cui

là eutectic. ðiu này cho phép ñ nóng và ñim chy ca cht hàn ñ yên v linh kin mà

không cn rút chì ra khi bo mch ñu tiên. T! biu ñ pha, xác ñnh ñưc các nhit ñ

này.

2.3 Intermetallic

Intermetallics là pha kim loi-kim

loi như AuS vàAuAl. Vt liu này

ñưc bit nhiu do có s hin din ca

vàng (gold embrittlement và purple

plague). ðiu cn chú ý là

intermetallics không phi luôn là xu.

Trong trưng hp h Au/Al thì có ñn

có ñn năm dng intermetallics ca

AuAl ñưc to nên, tt c ñu có tính

cht d-n ñin tt và ñ cng cơ hc.

ðiu này ñưc minh ha trong gin ñ

pha hình 6. Vn ñ này xut hin do

tc ñ khuch tán không cân b"ng và

làm xut hin hiu ng Kirkendall. Hin tưng th hai v tinh ch (refining) xut hin

khi cht bn azone ñưc ñy vào ñưng khuch tán. Sau cùng, ñ cô ñng ca cht b-n

gia tăng và b& gy kt ni hay làm

cho kt ni ñin khó khăn hơn. Sc

nhit và nhit ñ làm gia tăng ñiu

kin ca purple plague (như ñã nói

trên do yu t khuch tác thì ph

thuc nhit ñ). Vàng tr nên giòn,

to ra AuSn

chính là yu t

intermetallic b giòn ñi to ra h

Au/Sn t! 4 wt % Au thành 43 wt %

Au. AuSn

ñươc phân b thành

lp m và lp lá kim (needles) bên

trong ma trn. Cu to này thưng

xut hin ti các ñim hàn ni dùng

chì có mt ñ Sn cao và lp Au mõng. Trong công nghip vi ñin t, lp m Au bên

trên thưng ñưc dùng ñ chng oxid hóa hay yu t ăn mòn ca lp adhesive/diffusion

barrier layer underneath (many times Ni). Vic m Au vào trong nơi hàn chy nhanh và

nu ñ mt ñ phn trăm thì to ra AuSn

. Nu lp m mõng hơn 40 microinches ñưc

dùng ñ gi,a cho phn trăm trng lưng Au thp hơn 4% (còn thp hơn nu ch dùng

mt lưng chì hàn ít hơn). Hình.8 minh ha mt vt gy tiêu biu do Au bi giòn trên mi

hàn chì. T l Au trong chì s& gây nh hưng mnh lên lên các tính cht cơ hc. Như

trong hình 9 thì khi Au n"m gi,a 5% và 6% s& làm gim tính cht cơ hc khong 80%.

Hình 10 m t c#t ca ni hàn chì có Au b giòn.

Ăn mòn (Corrosion)

Ăn mòn là quá trình làm gim cht

lưng hay pháp hng vt liu do phn ng

vi môi trưng. H"ng năm nưc M tn

khong 50 t ñô la ñ chng ăn mòn, t! cu, sưn xe hơi cho ñn các b to nưc nóng

trong gia ñình. Ăn mòn cn có bn ñiu kin cơ bn, thiu mt trong nh,ng yu t này

thì không còn ăn mòn, ñó là:

1.Anode – Cht oxid hóa hc

eFeFe 2

+→

(7.5)

neMM +→

(7.6)

2.Cathode – Chemical reduction

OHeOHO 442

→++

(7.7)

3.Electrolyte – ch



t l



ng và các iôn t



ðư

ng d



Các th

a s





nh h

ư

ng lên t



ñ

n mòn

là

c tính c



a v



t li



u, nh

kích th

ư

c c



a h



(grain size), t



p ch



t và l





ñ

ng.





n môi tr

ư

ng nh



ñ

, nhi



ñ

và

ñ

nhi

m iôn c



nh h

ư

ng l



ñ

n t



ñ

mòn.

Có tám d



n mòn:

Uniform – general attack

Galvanic– two-metal or battery type

Crevice corrosion– localized corrosion

within a crevice

Pitting– extremely localized attack leaving

pits in the material

Intergranular– localized attack at và near grain boundaries

n mòn ch



n l



c– g

m d



n m



t ph



n t



ra kh



i dung d



ch r

Mài mòn (erosion)– gia t



n mòn b

ng cách mài hay

ánh gi



y nhám

Độ tin cậy hệ thống Phân tích vật lý

Chủ đề:

Tài liệu liên quan

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Hỗ trợ

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi