Metoda badania trwałości połączeń lutowanych w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych w pojazdach Toyota TSC0509G

Norma inżynieryjna Toyoty „Toyota TSC0509G Automotive Electrical and Electronic Equipment Solder Joint Test Method”, obejmująca następujące zagadnienia dotyczące trwałości połączeń lutowanych w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych stosowanych w samochodach:

• Procedury udoskonalające mające na celu zapewnienie wydajności.
• Procedury planowania testów i określania wartości kryteriów.
• Metoda badania laboratoryjnego
• Metoda analizy próbki testowej

Celem tej normy jest ułatwienie wymiany niezbędnych informacji pomiędzy dostawcami w celu przyspieszenia procesu rozwoju produktu, umożliwiając tym samym efektywne opracowywanie wysokiej jakości produktów w krótkim czasie.

Połączenia lutowane w sprzęcie elektronicznym zgodne z tą normą to połączenia lutowane łączące podzespoły elektroniczne z płytką drukowaną z żywicy (części zbierane do celów badawczych i wykorzystywane do sprawdzania korelacji między warunkami naprężeń w terenie a warunkami naprężeń na stanowisku badawczym).

W związku z tym, gdy niniejsza norma jest stosowana do innych kombinacji (np. podzespołów elektronicznych i metalowych płytek drukowanych, podzespołów elektronicznych i szkła), docelowy okres eksploatacji należy określić po zbadaniu oczekiwanej wydajności i funkcji części łączących, oczekiwanego naprężenia występującego podczas użytkowania w terenie oraz metody kontroli próbek testowych.

Norma TSC0509G Toyoty obejmuje szczegółowo zdefiniowaną, znormalizowaną metodę badania trwałości, służącą do oceny trwałości i niezawodności połączeń lutowanych w podzespołach elektrycznych i elektronicznych w motoryzacji.

Podobnie jak inni czołowi producenci samochodów, Toyota opracowuje zestaw wewnętrznych standardów inżynieryjnych, aby zapewnić spójną jakość, wydajność i trwałość części i systemów w całym łańcuchu dostaw. Standardy te są obowiązkowe dla dostawców opracowujących lub produkujących moduły elektroniczne, elektroniczne jednostki sterujące, czujniki, złącza wiązek przewodów, systemy informacyjno-rozrywkowe i inne podzespoły lutowane stosowane w pojazdach Toyoty.

Norma Toyota TSC0509G koncentruje się na przyspieszonych testach trwałości połączeń lutowanych w symulowanych rzeczywistych warunkach panujących w motoryzacji. Połączenia lutowane to krytyczne punkty połączeń na płytkach drukowanych i pakietach elektronicznych. Muszą one wytrzymywać cykle termiczne, wibracje, naprężenia mechaniczne, wilgotność oraz cykle włączania/wyłączania zasilania przez cały okres eksploatacji pojazdu (zazwyczaj 10–15 lat lub 150 000–300 000 km) bez pęknięć, łuszczenia się ani awarii elektrycznej.

Norma ta obejmuje zasadniczo następujące elementy:

• Rodzaje testów: cykliczne zmiany temperatury, szok termiczny, drgania sprzężone cieplnie, cykliczne zmiany temperatury zasilania i ewentualnie narażenie na wilgoć.
• Kryteria uszkodzenia: kontrola ciągłości elektrycznej, kontrola wizualna/mikroskopowa w celu wykrycia wzrostu rezystancji i pęknięć oraz badania wytrzymałości na ścinanie/rozciąganie połączeń lutowanych.
• Warunki przyspieszone: Ekstremalne zakresy temperatur (np. od -40 stopni do +125 stopni i wyżej), szybkie zmiany temperatury i profile drgań przypominające warunki drogowe.
• Przygotowanie próbek: Specyficzne układy płytek drukowanych, typy komponentów (SMD, przewlekane), stopy lutownicze (bezołowiowy SAC305, powszechny w nowoczesnych wersjach) oraz metody montażu.
• Poziomy akceptacji: Progi zaliczenia/niezaliczenia zdefiniowane na podstawie analizy Weibulla lub liczby cykli do niepowodzenia.

Ta metoda testowania pomaga zapobiegać częstym problemom występującym w terenie, takim jak te wymienione poniżej:

• Zmęczenie połączeń lutowanych spowodowane działaniem ciepła i drgań komory silnika.
• Pęknięcia w modułach systemu informacyjno-rozrywkowego lub zaawansowanego systemu wspomagania kierowcy (ADAS).
• Okresowe przerwy w dostawie prądu w trudnych warunkach.

Norma Toyoty TSC0509G należy do szerszej rodziny norm obejmujących testy niezawodności elektrycznej/elektronicznej. Na przykład:

• TSC0505G Test tłumienia zakłóceń radiowych na stanowisku badawczym.
• TSC0507G Wydajność rezystancji kapilarnej złączy i komponentów.

Normy te stanowią część szerszych ram zapewniania jakości Toyoty i są zgodne z normami międzynarodowymi, takimi jak AEC-Q100 (test kwalifikacyjny z zakresu elektroniki samochodowej), ale często są bardziej rygorystyczne lub dostosowane do konkretnych wymagań Toyoty.

Dla dostawców, inżynierów i testerów pracujących z elektroniką Toyoty norma ta ma kluczowe znaczenie dla kwalifikacji komponentów i odzwierciedla rygorystyczne podejście Toyoty do tworzenia niezwykle trwałej elektroniki pojazdowej.

Krótko mówiąc, norma Toyota TSC0509G ma zastosowanie przede wszystkim do podzespołów elektronicznych montowanych w pojazdach, takich jak jednostki sterujące, czujniki i siłowniki. Jej celem jest ocena trwałości i niezawodności połączeń lutowanych w warunkach eksploatacji pojazdów. Norma ta określa ustrukturyzowaną metodologię badania trwałości zmęczeniowej i niezawodności połączeń lutowanych stosowanych w elektronice samochodowej. Połączenia te łączą elementy półprzewodnikowe z płytkami drukowanymi i są poddawane różnym naprężeniom podczas eksploatacji pojazdu.

Niniejsza norma ma zastosowanie do połączeń lutowanych w elektronicznym i elektrycznym sprzęcie samochodowym, obejmującym:

• Jednostki sterujące elektroniczne
• Czujniki i urządzenia pomiarowe
• Siłowniki i elementy elektromagnetyczne
• Urządzenia półprzewodnikowe montowane na płytkach drukowanych

Na potrzeby niniejszej normy zmęczenie cieplne odnosi się do następujących zjawisk: Połączenia lutowane są narażone na zmęczenie cieplne z powodu powtarzających się zmian temperatury. Cykle te powodują naprężenia w mikrostrukturze lutu, co prowadzi do uszkodzenia granic ziaren i ostatecznie do powstania pęknięć.

W normie tej określono różne czynniki związane z temperaturą, które mają wpływ na niezawodność lutowania:

• Wahania temperatury otoczenia: Zmiany pomiędzy minimalną i maksymalną temperaturą otoczenia podczas jazdy pojazdu.
• Ogrzewanie słoneczne: Dodatkowe ciepło powstające w wyniku wystawienia podzespołów pojazdu na działanie promieni słonecznych.
• Ciepło wytwarzane przez otaczający sprzęt: Wzrost temperatury spowodowany pracą pobliskich podzespołów elektronicznych w pojeździe.
• Spontaniczne nagrzewanie się elementów elektronicznych: Ciepło wytwarzane podczas pracy półprzewodników na płytce drukowanej.

Czynniki te łączy się w celu określenia górnych i dolnych granic temperatury testowej stosowanych w testach niezawodności.

Normę tę uważa się za ważną z następujących powodów:

• Zapewnienie niezawodności: gwarantuje, że systemy elektroniczne będą działać niezawodnie przez cały okres eksploatacji pojazdu.
• Bezpieczeństwo: Zapobiega awariom krytycznych układów sterowania, takich jak układ hamulcowy, układ sterowania silnikiem i elektronika bezpieczeństwa.
• Walidacja projektu: Pomaga inżynierom oceniać projekty PCB, materiały lutownicze i metody montażu.
• Spójność jakości: Zapewnia ujednoliconą metodę testowania dla dostawców produkujących moduły elektroniczne dla Toyoty.

Podsumowując, norma Toyota TSC0509G pomaga zagwarantować niezawodność podzespołów elektronicznych stosowanych w pojazdach przez cały okres ich eksploatacji, symulując obciążenia termiczne i eksploatacyjne.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, zapewniając im zaawansowane usługi testowe, których potrzebują, oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi testowe zgodne z normą Toyota TSC0509G.