ŠVECOVÁ, O. Spolehlivost bezolovnatých pájek a vybrané způsoby odhadu jejich životnosti [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2012.
Disertační práce pojednává o výpočtu a měření spolehlivosti bezolovnatých pájek používaných v elektrotechnice. V práci jsou uvedeny simulační metody pro stanovení spolehlivosti a praktická měření spolehlivosti bezolovnaté pájky SAC 305 a uvedena praktická měření na sestavách povrchově montovaných součástek. Doktorandovi se podařilo na základě dat získaných z měření stanovit empirické koeficienty, které se využívají pro stanovení spolehlivosti pomocí únavových modelů. Výsledky práce výrazně ovlivnily úroveň znalostí o tomto typu bezolovnaté pájky a umožňují simulovat spolehlivost sestav s touto pájkou. Výsledky práce byly presentovány na tuzemských i zahraničních konferencích. Doktorand splnil cíle disertační práce, během jejího řešení, úspěšně komunikoval ze školitelem, prokázal schopnosti vědecké práce. Z toho důvodu práci doporučuji k obhajobě.
doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D. Ústav přístrojové techniky AV ČR, v. v. i. Královopolská 147, 612 00 Brno Posudek doktorské disertační práce Doktorandka: Ing. Olga Švecová Název práce: Spolehlivost bezolovnatých pájek a vybrané způsoby odhadu jejich životnosti Oponent: doc. Ing. Vladimír Kolařík, Ph.D. Předložená disertační práce se zabývá důležitou tématikou spolehlivosti bezolovnatých pájených spojů. Rozsah práce je odpovídající, obsahuje 99 číslovaných stran (od strany 87 se jedná o přílohy). Práce je členěna do 8 kapitol a obsahuje 56 číslovaných odkazů na literaturu. K práci jsem zaujal níže uvedené stanovisko. 1. Aktuálnost zvoleného tématu S požadavkem na používání bezolovnatých pájek pro plošné spoje souvisí otázka analýzy spolehlivosti těchto spojů. Hlavním tématem předložené práce je stanovení empirických koeficientů pro únavový model vybraných bezolovnatých pájecích slitin. Pomocí únavového modelu je možné provádět predikci životnosti pájených spojů za předpokladu znalosti potřebných materiálových a empirických konstant. Zvolené téma má disertabilní charakter, odpovídá moderním trendům v oboru doktorského studia a přispívá k dalšímu rozvoji analýzy spolehlivosti pájených spojů. 2. Splnění cíle disertace, původní přínosné části Předložená práce se zabývá výzkumem životnosti pájených spojů se zaměřením na bezolovnatou pájku SAC 305. Hlavním cílem práce (str. 30) je stanovení empirických koeficientů pro definovaný únavový model, a to pomocí lineární regresní analýzy na základě experimentálních výsledků. Jednotlivé kroky pro dosažení tohoto cíle (z nichž zejména poslední tři jsou disertabilní, tj. přinesou dosud neznámé poznatky) jsou definovány rovněž na str. 30: A. Provedení experimentů za účelem získání potřebných vstupních parametrů. B. Stanovení únavových modelů pro výpočet životnosti pájeného spoje. C. Provedení simulací v programu ANSYS. D. Výpočet dosud neznámých empirických koeficientů pro zvolený únavový model. E. Ověření správnosti výpočtů zpětnou simulací. F. Vyhodnocení získaných údajů a tvorba závěrů. Cíle byly stanoveny uváženě a představují přínos pro praxi a rozvíjí vědní obor. Práce je přehledně členěna do 8 kapitol. Těžištěm práce jsou kap. 5 a 6, které prokazují provedení jednotlivých kroků a splnění vytyčeného cíle. 3. Publikování jádra disertační práce V kapitole 8 (Seznam literatury) je uvedeno 14 publikací, u kterých je doktorandka uvedena jako spoluautor (z toho v jednom případě jako samostatný autor), str. 77–78, [43 56]. Dále je přiložený neoznačený seznam jejích publikačních výstupů (20), bodové hodnocení tvůrčích aktivit doktoranda (19) a výtisky vybraných publikací (3). Téměř všechny publikace se úzce týkají tématu disertace. V těchto různých přehledech není úplně jednoduché se vyznat, nicméně vybrané tři přiložené publikace lze považovat za klíčové; dvě z nich jsou příspěvky na mezinárodních konferencích a jedna je publikována on line na serveru material.net v sekci Key Engineering Materials. S ohledem zejména na konferenční příspěvek (European microelectronics packaging conference 2011, s významným autorčiným podílem) lze konstatovat, že výsledky disertační práce byly dostatečně publikovány. 4. Seznam vědecké činnosti Kromě zmíněných významnějších publikací je doktorandka spoluautorkou řady dalších výstupů, jak uvádí již předchozí odstavec. Vedle publikací se rovněž podílela na výstupu praktického charakteru (prototyp) a byla zapojena do několika projektů. Tyto okolnosti i vlastní disertační práce dokládají schopnosti doktorandky přispět k dalšímu rozvoji daného oboru. 5. Další skutečnosti Metody zpracování. Doktorandka se zabývala tématem disertační práce dlouhodobě, podrobně a systematicky. K řešení využila metod vědecké práce – analýzu současného stavu, variantní návrh řešení, časově náročné experimenty s vyhodnocením parametrů potřebných pro počítačové modelování, výpočty pomocí modelování metodou konečných prvků, srovnávací analýzy a diskuze výsledků. Vyjádření k formální úpravě disertační práce. Autorka vytvořila srozumitelnou a jasnou práci s dobrou grafickou úpravou. Oceňuji vcelku dobrou češtinu, kterou je práce psána. 6. Shrnutí a závěr Oponovaná práce je zaměřena na problematiku spolehlivosti bezolovnatých pájených spojů. Z předložených materiálů vyplývá, že se doktorandka uvedenou problematikou zabývala velmi podrobně a seznámila se s potřebnými únavovými modely, experimentální aparaturou, postupy pro simulace problematiky pomocí metody konečných prvků, použitím programu ANSYS apod. Doktorandka řešila práci samostatně a její vlastní podíl na původnosti řešení je zřetelný. V oponované práci nejsou zásadní chyby teoretického charakteru ani vážné nedostatky. Závěry uvedené v práci mají nesporný význam při analýze a predikci spolehlivosti pájených spojů s bezolovnatými pájkami, konkrétně s pájkou SAC 305. Disertace splňuje podmínky samostatné tvůrčí vědecké práce a obsahuje původní výsledky, které byly průběžně publikovány. Práce splňuje podmínky §47, odst. 4 zákona č. 111/98 Sb. Proto doporučuji disertační práci Ing. Olgy Švecové k obhajobě. Dotazy a připomínky 1. Spolehlivost celého elektronického modulu je dána spolehlivostí pájeného spoje i spolehlivostí jednotlivých prvků (součástek). Je možné dohledat údaje o spolehlivosti alespoň vzorku používaných součástek pro srovnání, zda kritickým místem jsou spíše pájené spoje nebo jednotlivé prvky? 2. Nakolik je prakticky významný závěr o výhodnosti povrchové úpravy "galvanické zlato" s ohledem na tři okolnosti: (a) rozdíl hodnot parametru alfa pro různé povrchové úpravy (imersní cín, galvanické zlato, HAL), (b) rozptyl naměřených dat pro jednotlivé případy, (c) cena této povrchové úpravy? 3. V Diskuzi (str. 70) uvádíte, že pro metody Weibullovo rozdělení a Engelmaierův únavový model byl proveden přepočet počtu cyklů, což je jistě nezbytné pro srovnání s ostatními modely. Můžete nicméně tento přepočet upřesnit? 4. Z tab. 24 (str. 67) a následující diskuze (str. 68) bych usoudil, že zatímco model pro sestavy A a B (čipová pouzdra) je vcelku vyhovující, model (případně jeho parametry) pro sestavy C a D (BGA pouzdra) vykazuje významné odchylky. Je možné, že je to způsobeno větším počtem spojů u BGA pouzdra? V Brně 30. července 2012
Oponentní posudek disertační práce Autorka: Ing. Olga Švecová Název: Spolehlivost bezolovnatých pájek a vybrané způsoby odhadu jejich životnosti Práce obsahuje 73 textové strany, 37 obrázků, 25 tabulek, 13 příloh, 56 literárních pramenů. Velmi častým současným úkolem konstruktérů a technologů působících ve výrobě elektronických výrobků je hledání kompromisu mezi požadavky na kvalitu a na ekologii. Požadavky plynoucí z legislativních omezení je nutí opouštět slitiny na bázi SnPb, o jejichž vlastnostech po staletích užívání máme rozsáhlé znalosti, a přecházet na jiné materiálové systémy. Pomineme-li užití lepidel a neustoupíme-li od vytváření spojů měkkým pájením, nezbývá než se věnovat slitinám bez olova. Relativně krátká doba od počátků jejich zkoumání zdaleka neposkytuje dostatečný soubor znalostí o jejich vlastnostech potřebných k úspěšné aplikaci. Téma disertační práce je proto velice aktuální a pro obor přínosné. Po stručném přehledu bezolovnatých pájek uvádí podrobný přehled způsobů hodnocení kvality spojů vytvářených pájením, poruchovými mechanizmy a jejich modelováním a principem rozšířené metody napěťově-deformační analýzy – metody konečných prvků. V kapitole 3. definuje cíl disertační práce a naznačuje dílčí kroky potřebné k jeho dosažení. Následuje popis prováděných experimentů s důrazem na vyhodnocení získaných dat. Prezentuje stanovení koeficientů vybraného únavového modelu. Závěrem diskutuje experimenty, jejich vyhodnocení a ověření výsledků zpětnou simulací. Konstatuje, že stanoveného cíle bylo dosaženo. Práce svým obsahem dokumentuje potřebu vzdělávání studentů elektrotechniky a elektroniky i v oblastech zaměření spíše strojařského. Řešené problémy jsou vysloveně mezioborové. Autorka prokázala jejich zvládnutí jak po stránce teoretické, tak i aplikační – to při přípravě a provádění experimentů. Zvolené uspořádání testovaných vzorků i modely poruchy pájených spojů jsou zejména pro perspektivní elektronickou výrobu charakteristické. Metodika stanovení koeficientů vybraných únavových modelů je použitelná obecně. Koeficienty samotné platí pro použité materiálové soustavy. Při návrhu elektronických výrobků a jejich výrobních technologií jsou bezprostředně aplikovatelné. Závěr – stanoveného síle bylo dosaženo. Práce je systematicky uspořádaná, přehledná, po grafické stránce velice zdařilá. Vyskytují se ale prohřešky jazykové, stylistické i formální. Nesnižují sice celkovou úroveň práce, ale občas znesnadňují v detailech pochopení autorčinných myšlenek. Příčinou je patrně dominující vliv mateřského jazyka doktorandky. Pro úplnost připomínám existenci normy ČSN ISO 7144 – Dokumentace - Formální úprava disertací a podobných dokumentů, ČSN 01 6910 – Úprava písemností zpracovaných textovými editory a dalších souvisejících. Z věcných připomínek uvádím následující: • V Seznamu použitých zkratek a symbolů (bohužel nejsou v abecedním řazení) chybí jednotky veličin, některé v textu užité v seznamu chybí vůbec. Jednotky veličin v rovnicích rovněž nejsou uváděny. • Jaké je složení slitiny Sn100? • Na str. 32 uvádíte volbu profilu teplotního zatěžování dle IPC-SM pro spotřební elektroniku – mezní teploty jsou podle této normy (+25;+100) °C. Na str. 35 v obr. 8 je prezentován použitý teplotní profil od -5 °C do +100 °C, v Příloze jsou profily od 0 °C do +100 °C. Vysvětlete! • Při volbě zrychleného namáhání vzorků jste zvolila zkoušku za ustálené teploty, která je ale současně cyklicky měněna. Užíváte označení „cyklické zatěžování nízkou teplotou“, která má hodnotu ležící „pod bodem přechodové teploty“. Vysvětlete! • Na str. 13 uvádíte jako důvod omezení určitého únavového modelu „pájky s vysokou homologickou teplotou“. Na str. 72 pak za tuto homologickou teplotu označujete „poměr pracovní teploty a teploty tavení“. To je zjevný rozpor (nejen v jednotkách) – vysvětlete! • Na dvou místech práce, v Úvodu a v Závěru, zmiňujete směrnici EU „RoHS“, původní z roku 2003 (platná od r. 2006) a novou z r. 2011 s účinností od 2. ledna 2013. V čem se tyto směrnice liší a jaký lze očekávat dopad na výrobu elektronických zařízení? Kromě disertační práce byly oponentovi poskytnuty další materiály dokládající publikační činnost doktorandky. Z přehledu publikací autorky obsahující 20 položek za období 2007 až 2011 je zřejmé soustavné zaměření její výzkumné a vědecké aktivity na problematiku blízkou tématu disertační práce – 10 titulů. Jádro disertační práce je předmětem 5 publikací. V létech 2009 až 2011 se podílela na řešení 3 projektů úzce souvisejících s disertační prací. Předložená disertační práce a další informace o jejích vědecko-výzkumných aktivitách dokládají schopnost a připravenost doktorandky významným způsobem přispět k rozvoji poznání v oboru. Předložená disertační práce Ing. Olgy Švecové splňuje podmínky dle zákona č. 111/1998 Sb., § 47, odst. 4 a doporučuji ji k obhajobě. V Praze dne 30. července 2012 doc. Ing. Jan Urbánek, CSc.
eVSKP id 42256