PCBA焊點失(shī)效(xiào)的5大原因
焊(hàn)點(diǎn)可(kě)靠(kào)性通(tōng)常(cháng)是電子係統設(shè)計中(zhōng)的(dí)一個痛(tòng)點。各種(zhǒng)各(gè)樣的因素都會(huì)影(yǐng)響焊(hàn)點的可靠性，並且(qiě)其(qí)中(zhōng)任(rèn)何(hé)一個(gè)因(yīn)素(sù)都(dū)會大(dà)大縮短(duǎn)焊點的使用壽命(mìng)。在設計(jì)和製(zhì)造(zào)過(guò)程(chéng)中正(zhèng)確識(shí)別和緩(huǎn)解焊點失效的(dí)潛在原因可以防(fáng)止在產品生(shēng)命(mìng)周期後期(qī)出(chū)現代(dài)價(jià)高昂且(qiě)難(nán)以(yǐ)解決的問題。這裏介紹(shào)一(yī)些要考(kǎo)慮(lǜ)的最(zuì)常見的焊點失(shī)效原(yuán)因。
1.灌封，底(dǐ)部填(tián)充和(hé)保(bǎo)形塗料產(chǎn)生(shēng)的意外(wài)應(yīng)力(lì)
2.意外(wài)的(dí)溫度循(xún)環極限
3.機械過應(yīng)力事(shì)件(jiàn)
4. PCBA過度(dù)約(yuē)束的(dí)情況
5.焊接(jiē)缺陷(xiàn)
當(dāng)灌(guàn)封擴大(dà)時，焊球(qiú)會承(chéng)受壓力。
電(diàn)子(zǐ)行(háng)業中經(jīng)常(cháng)使(shǐ)用(yòng)灌封(fēng)，塗層，鉚釘材(cái)料和其他(tā)密封(fēng)劑來防止(zhǐ)可能(néng)會(huì)損(sǔn)壞組件(jiàn)的(dí)環境條件(jiàn)。但(dàn)是(shì)，這些(xiē)聚合物材(cái)料(liào)的熱和(hé)機(jī)械性(xìng)能(néng)可(kě)能會發生(shēng)很大(dà)變化(huà)。
如果(guǒ)在(zài)設計過(guò)程(chéng)中不(bù)了(liǎo)解塗(tú)層(céng)和灌封的材(cái)料特(tè)性(xìng)，它們(mén)會產生(shēng)復雜的負載(zǎi)條件，從(cóng)而不(bù)利地(dì)影(yǐng)響焊點的(dí)可靠性。例如(rú)，如(rú)果(guǒ)組件被(bèi)浸(jìn)塗(tú)，則塗層(céng)將(jiāng)在諸如球柵(zhà)陣列（BGA）和(hé)四方扁平無引綫（QFN）之類的(dí)組(zǔ)件下方流(liú)動(dòng)。塗層(céng)將(jiāng)在(zài)熱(rè)循(xún)環過(guò)程中膨(péng)脹，並(bìng)可(kě)能(néng)會(huì)將(jiāng)元件(jiàn)“提(tí)離”電路(lù)板，從而在(zài)焊(hàn)點上施加拉應力(lì)。
某(mǒu)些組件(jiàn)安裝(zhuāng)條(tiáo)件(jiàn)和(hé)灌封/塗層應(yīng)用(yòng)技術可(kě)能(néng)會(huì)在組件焊(hàn)點上(shàng)產生不必(bì)要的(dí)應力，例如拉伸(shēn)應力(lì)。根(gēn)據所用(yòng)灌封/塗層(céng)的(dí)材料特(tè)性，這些應力可能足(zú)夠大，以至於(yú)嚴重影響(xiǎng)焊(hàn)點疲(pí)勞壽命。
指(zhǐ)定(dìng)灌(guàn)封(fēng)或(huò)塗層(céng)時要考慮的最重(zhòng)要(yào)的材料(liào)特(tè)性是玻璃化轉變溫(wēn)度，模量和熱(rè)膨(péng)脹係數-高(gāo)於(yú)和(hé)低(dī)於玻璃(lí)化(huà)轉(zhuǎn)變溫度。玻璃化溫度是指(zhǐ)材(cái)料(liào)在硬/玻璃(lí)狀和(hé)軟/橡(xiàng)膠狀稠度之間(jiān)轉變的溫度。
在(zài)“ 焊(hàn)料(liào)疲勞原因(yīn)和(hé)預(yù)防(fáng)” 博(bó)客(kè)中了解有關玻璃過渡對澆鑄，塗(tú)料(liào)和(hé)底(dǐ)部(bù)填充(chōng)的(dí)影響的更多信息。
灌封的一個(gè)常見問題是，當(dāng)產品(pǐn)設計過程中(zhōng)未完全理(lǐ)解的(dí)材料(liào)與玻(bō)璃化(huà)轉(zhuǎn)變(biàn)溫(wēn)度(dù)過高(gāo)有關時(shí)。在某(mǒu)些(xiē)用(yòng)於電(diàn)子(zǐ)灌封的聚(jù)合(hé)物中，當材(cái)料(liào)冷卻到其玻璃(lí)化轉變(biàn)溫度以下(xià)時，彈性模量可(kě)以增(zēng)加20倍。
如(rú)果熱(rè)循環在這(zhè)種材料的玻璃(lí)化轉變溫度以下延(yán)伸，則在(zài)冷停留期(qī)間(jiān)焊料(liào)所(suǒ)承受的應(yīng)力和由此(cǐ)產生的(dí)蠕(rú)變(biàn)應變(biàn)將(jiāng)很高且(qiě)會損壞。這種(zhǒng)作用會大大降(jiàng)低疲勞(láo)壽(shòu)命。
此處(chǔ)提到的示例隻(zhī)是一些復雜而(ér)有害的(dí)加載條(tiáo)件中的(dí)一(yī)部分(fēn)，這些條件(jiàn)可能(néng)是由於不(bù)完全(quán)了解灌封，塗層或底(dǐ)部填充的熱和機械材料(liào)特性而導(dǎo)致(zhì)的。
這(zhè)是(shì)有(yǒu)關(guān)與灌封和塗層相關的(dí)可靠性(xìng)問(wèn)題(tí)的在綫研討(tǎo)會(huì)的絕(jué)佳(jiā)資源(yuán)。
錄製的(dí)網絡(luò)研討(tǎo)會討論塗料(liào)和灌(guàn)封。
意外焊(hàn)點故障(zhàng)的(dí)另一個(gè)常(cháng)見(jiàn)原因(yīn)是電子係統(tǒng)所經(jīng)歷(lì)的溫度循環參數的(dí)不(bù)正確(què)表征。例如(rú)，開/關周(zhōu)期(qī)，暴(bào)露(lòu)在(zài)直(zhí)射(shè)的(dí)陽(yáng)光(guāng)下(xià)，在(zài)不(bù)同氣候(hòu)和其他(tā)幾(jī)種(zhǒng)來源之間的傳(chuán)播(bō)會(huì)給(gěi)印刷電路板(bǎn)元(yuán)器件（PCBA）或(huò)組件(jiàn)增加(jiā)意想(xiǎng)不(bù)到的溫度波動。
為(wéi)了生成(chéng)電(diàn)子係統(tǒng)最(zuì)準確(què)的(dí)可(kě)靠(kào)性(xìng)指標(biāo)，在運行有限元分析(xī)（FEA）模(mó)擬或物理產(chǎn)品鑒定之(zhī)前，必須詳細表征(zhēng)其將經(jīng)歷的溫度循(xún)環(huán)。
此(cǐ)外(wài)，如(rú)果(guǒ)組件(jiàn)中(zhōng)包含灌封(fēng)或(huò)其(qí)他聚合(hé)物，則(zé)如(rú)果未正(zhèng)確(què)確定最(zuì)高和最低(dī)溫(wēn)度，則遇到上(shàng)述玻(bō)璃化(huà)轉變(biàn)問題的風險會增加(jiā)。
當在(zài)機(jī)械事件（例(lì)如(rú)衝(chōng)擊，跌落(là)，在(zài)綫測試(shì)，電路(lù)板去(qù)麵(miàn)板(bǎn)化，連(lián)接器(qì)插入或PCBA插(chā)入(rù)）中焊點承(chéng)受(shòu)過(guò)大負載時(shí)，就(jiù)會發生(shēng)機械過(guò)應力故(gù)障(zhàng)。
應(yīng)力過(guò)大的故(gù)障通常(cháng)很(hěn)難(nán)預(yù)測，因(yīn)此很難防止(zhǐ)。衝擊測(cè)試(shì)研(yán)究表明，最佳解(jiě)決(jué)方案是此類故障(zhàng)的隨機(jī)故(gù)障分布(bù)。
沿(yán)IMC的骨折
焊(hàn)點過(guò)應力故障通常表(biǎo)現(xiàn)為沿金(jīn)屬間連(lián)接（IMC）的(dí)焊坑(kēng)或焊縫破裂(liè)。焊(hàn)盤(pán)凹(āo)坑(kēng)是指在焊(hàn)點銅焊盤(pán)下方的層壓(yā)板(bǎn)中的凹(āo)坑狀裂紋。IMC是銅墊(diàn)和(hé)焊料結合形成(chéng)Cu 3 Sn或Cu 6 Sn 5的(dí)區(qū)域。這是焊(hàn)點(diǎn)最(zuì)脆的區(qū)域，這(zhè)就是為(wéi)什麼它是最(zuì)容易承(chéng)受(shòu)過(guò)應(yīng)力的區域的(dí)原因(yīn)。
通常在較(jiào)細間距(jù)的組(zǔ)件（主要是BGA）上或(huò)使(shǐ)用特(tè)別(bié)脆的層(céng)壓板時會(huì)出現這種(zhǒng)類(lèi)型的故(gù)障(zhàng)。焊(hàn)盤(pán)縮(suō)孔是一個嚴重的(dí)問題(tí)，因(yīn)為(wéi)它(tā)經常(cháng)導(dǎo)致痕量的斷裂。與(yǔ)通(tōng)常在(zài)大(dà)部分焊(hàn)點(diǎn)中發(fā)生的(dí)疲勞(láo)裂紋相反(fǎn)，當機(jī)械過應(yīng)力失效表(biǎo)現為焊縫斷(duàn)裂(liè)時，它們通常沿(yán)著IMC發生。
由於(yú)機械(xiè)事(shì)件故障(zhàng)在很大(dà)程度上(shàng)取決(jué)於PCB邊(biān)界條件和幾何形(xíng)狀(zhuàng)，因(yīn)此通(tōng)常建(jiàn)議(yì)使(shǐ)用FEA來預測機(jī)械應力過(guò)大(dà)的風險。使用其(qí)他(tā)方(fāng)法很(hěn)難預(yù)測復(fù)雜(zá)的加(jiā)載條(tiáo)件或(huò)板形。另(lìng)外(wài)，FEA允(yǔn)許應(yīng)變(biàn)和曲率(shuài)量化。
這是(shì)討論如(rú)何(hé)減少(shǎo)與電子組件(jiàn)有(yǒu)關的與(yǔ)衝(chōng)擊有(yǒu)關的(dí)故(gù)障(zhàng)的重(zhòng)要資源。
錄(lù)製的(dí)網絡(luò)研討(tǎo)會討(tǎo)論(lùn)了機械衝(chōng)擊的(dí)可(kě)靠(kào)性(xìng)保證。
約(yuē)束(shù)條(tiáo)件(jiàn)下電(diàn)路的熱機(jī)械反射(shè)
PCBA的過(guò)度(dù)約(yuē)束條(tiáo)件包括：
· 組(zǔ)件(jiàn)鏡(jìng)像(xiàng)
· 電(diàn)路(lù)板安裝條件
· 連(lián)接(jiē)到(dào)外(wài)殼
它(tā)們經常(cháng)被忽略，會對焊(hàn)點的壽命產生(shēng)重大影響(xiǎng)。
安裝點(diǎn)和其他(tā)電(diàn)路(lù)板約(yuē)束(shù)對(duì)熱膨(péng)脹，機械衝擊(jī)事(shì)件和振動(dòng)期間(jiān)的電路板應變大(dà)小和位(wèi)置有很(hěn)大(dà)影(yǐng)響。
約束會降低(dī)電路板(bǎn)的(dí)順(shùn)應性，並產(chǎn)生電路(lù)板應變(biàn)，這可(kě)能(néng)會導(dǎo)致位置(zhì)過(guò)緊(jǐn)的元件(jiàn)過早(zǎo)出現(xiàn)焊(hàn)點(diǎn)故障。此(cǐ)外(wài)，安(ān)裝點的總體布局(jú)將(jiāng)直接影響(xiǎng)PCBA可(kě)能(néng)的(dí)模式形(xíng)狀。
如果不能(néng)很好地理解(jiě)這些模式(shì)形(xíng)狀，則(zé)可(kě)以(yǐ)以將(jiāng)敏(mǐn)感(gǎn)組件放置(zhì)在高板應(yīng)變(biàn)區(qū)域中(zhōng)的方(fāng)式設(shè)計板。FEA是解(jiě)決此(cǐ)問題(tí)的(dí)強大(dà)工(gōng)具，因(yīn)為它(tā)使用戶(hù)可以迭代(dài)不同的安裝條(tiáo)件(jiàn)。
元(yuán)器(qì)件鏡(jìng)像是另一(yī)個常(cháng)見(jiàn)的過(guò)度(dù)約束條(tiáo)件(jiàn)，可能會對焊點壽命產生負(fù)麵影(yǐng)響(xiǎng)。鏡像是指(zhǐ)兩(liǎng)個組件在PCBA兩側(cè)相似位(wèi)置(zhì)中的(dí)位(wèi)置。
模(mó)擬控製板和鏡像板(bǎn)
鏡像會限(xiàn)製(zhì)電路板的(dí)運(yùn)動，從(cóng)而降低了組(zǔ)件的封裝(zhuāng)合(hé)規(guī)性，這(zhè)會在(zài)焊(hàn)點中產生額外的應力。研究表明(míng)，組件鏡像(xiàng)可以將(jiāng)疲(pí)勞(láo)壽命減少(shǎo)2或(huò)3倍(bèi)。
這裏有(yǒu)大(dà)量資(zī)源(yuán)，討論(lùn)了(liǎo)係統級(jí)別對焊(hàn)點可(kě)靠性的影(yǐng)響。
錄製的網絡(luò)研討(tǎo)會討(tǎo)論了係統級別對(duì)焊點可(kě)靠(kào)性的影(yǐng)響(xiǎng)。
如果焊點質(zhì)量較(jiào)差，上述所(suǒ)有緩(huǎn)解策(cè)略都無法(fǎ)防(fáng)止焊點可(kě)靠性問題(tí)。因(yīn)此，必(bì)須(xū)使(shǐ)用信譽良(liáng)好(hǎo)的(dí)製造商(shāng)並嚴(yán)格(gé)控製流程來(lái)構(gòu)造PCBA。
深(shēn)圳小(xiǎo)銘(míng)打樣SMT貼(tiē)片(piàn)加(jiā)工：存在各種各樣(yàng)的(dí)焊點(diǎn)缺陷(xiàn)，它們(mén)會對(duì)可靠(kào)性產生(shēng)負麵(miàn)影(yǐng)響。PCBA到達現(xiàn)場(cháng)之前，應進行焊點的(dí)橫(héng)截(jié)麵和外觀(guān)檢(jiǎn)查(chá)，以(yǐ)確(què)保達到(dào)製造質量(liáng)指標。