L'actualité PCB - Usine de PCB: analyse mécanique de défaillance de fatigue de point de soudure SMT

Usine de PCB: analyse mécanique de défaillance de fatigue de point de soudure SMT

Avec des densités d'assemblage de plus en plus élevées pour l'électronique et des tailles de points de soudure de plus en plus petites qui assument les fonctions de connexion mécanique et électrique, la défaillance de tout point de soudure peut entraîner une défaillance globale de l'équipement et même du système. La fiabilité des points de soudure est donc l'une des clés de la fiabilité des produits électroniques. En pratique, la défaillance d'un point de soudure est généralement causée par l'interaction de divers facteurs complexes. Différents environnements d'utilisation ont des mécanismes de défaillance différents. Les principaux mécanismes de défaillance des points de soudure comprennent la défaillance thermique, la défaillance mécanique et la défaillance électrochimique.

La défaillance thermique est principalement une défaillance par fatigue causée par des cycles thermiques et des chocs thermiques, mais aussi une défaillance causée par des températures élevées. En raison de l'inadéquation des coefficients de dilatation thermique entre l'élément monté en surface, le PCB et la soudure, les points de soudure créent des contraintes thermiques et des contraintes lorsque la température ambiante varie ou lorsque la puissance de l'élément lui - même augmente en raison de l'incohérence des taux de dilatation thermique de l'élément et du substrat. Les variations périodiques des points de soudure peuvent entraîner une défaillance par fatigue thermique. Le principal mécanisme de déformation pour la défaillance par fatigue thermique est le fluage. Lorsque la température dépasse la moitié de celle du four, le fluage devient un mécanisme de déformation important. Pour les points de soudure étain - plomb, il a déjà dépassé la moitié de la température de fusion, même à température ambiante, de sorte que le fluage devient le principal mécanisme de défaillance par fatigue de déformation thermique au cours du cycle thermique.

Par rapport aux cycles thermiques, les défaillances causées par les chocs thermiques sont causées par des contraintes supplémentaires plus importantes imposées aux composants par des vitesses de montée en température et de refroidissement différentes. Au cours du cycle thermique, on peut considérer que la température de chaque partie du composant est exactement la même; Dans des conditions de choc thermique, la température varie entre les parties du composant en raison de divers facteurs tels que la chaleur spécifique, la masse, la structure et la méthode de chauffage, créant ainsi des contraintes thermiques supplémentaires. Les chocs thermiques peuvent entraîner de nombreux problèmes de fiabilité, tels que la fatigue du point de transpiration en cas de surcharge et les fissures du revêtement qui entraînent une défaillance de la corrosion et une défaillance des composants. Les chocs thermiques peuvent également entraîner des modes de défaillance qui ne se produisent pas pendant les cycles thermiques lents.

La défaillance mécanique se réfère principalement à la surcharge et au vieillissement par choc causés par des chocs mécaniques, ainsi qu'à la défaillance par fatigue mécanique causée par des vibrations mécaniques. Lorsqu'un composant de circuit imprimé est soumis à des flexions, à des secousses ou à d'autres contraintes, cela peut entraîner la défaillance des points de soudure. Lorsqu'un composant de circuit imprimé est soumis à des flexions, à des secousses ou à d'autres contraintes, cela peut entraîner la défaillance des points de soudure. En général, les points de soudure de plus en plus petits sont le maillon le plus faible de l'assemblage. Cependant, lorsqu'il connecte un composant à structure flexible, tel qu'une broche, à un PCB, les points de soudure ne seront pas soumis à beaucoup de contraintes car les broches peuvent absorber une partie des contraintes. Cependant, lors de l'assemblage d'éléments sans fil, en particulier pour les dispositifs BGA de grande surface, la rigidité de l'élément lui - même est relativement forte et les points de soudure seront soumis à des contraintes plus importantes lorsque l'élément est soumis à des chocs mécaniques tels que des chutes et des chocs et des flexions plus importants du PCB lors d'équipements et de tests ultérieurs.

En particulier pour les produits électroniques portables soudés sans plomb, il est plus facile de s'écraser et de tomber pendant l'utilisation en raison de sa petite taille, de son poids léger et de sa facilité de glissement, et la soudure sans plomb est plus élevée que la soudure au plomb - étain traditionnelle. Le module d'élasticité et d'autres caractéristiques physiques et mécaniques différentes réduisent la résistance électrique des points de soudure sans plomb, ce qui réduit les chocs mécaniques. Par conséquent, il convient de prêter attention à la fiabilité et à la fiabilité des chocs de chute des appareils électroniques portables sans plomb. Lorsque les pièces soudées sont soumises à des contraintes mécaniques répétées causées par des vibrations, cela entraîne une défaillance par fatigue des points de soudure. Même si cette contrainte est bien inférieure au niveau de contrainte élastique, elle peut entraîner une fatigue du matériau métallique. Après un grand nombre de petites amplitudes, des cycles de vibration à haute fréquence, une défaillance de la fatigue vibratoire se produira. Bien que chaque cycle de vibration endommage peu le point de soudure, des fissures apparaissent après plusieurs cycles. Au fil du temps, les fissures se propageront à mesure que le nombre de cycles augmentera. Ce phénomène est d'autant plus grave pour les points de soudure de pièces sans fil.

La défaillance électrochimique est une défaillance causée par une réaction électrochimique dans certaines conditions de température, d'humidité et de polarisation. Les principales formes de défaillance électrochimique sont: pontage causé par des contaminants ioniques conducteurs, croissance de dendrites, croissance de filaments anodiques conducteurs et Whiskers d'étain. Les résidus ioniques et la vapeur d'eau sont des facteurs centraux de défaillance électrochimique. Les contaminants ioniques conducteurs qui restent sur le PCB peuvent provoquer des ponts entre les points de soudure, en particulier dans les environnements humides. Les résidus ioniques peuvent traverser les surfaces métalliques et isolantes. Se déplacer pour former un court - circuit. Les contaminants ioniques peuvent être produits de différentes manières, y compris la pâte à souder et les résidus de flux lors de la fabrication de cartes de circuits imprimés, la pollution par traitement manuel et les contaminants atmosphériques. Sous l'influence combinée de la vapeur d'eau et de la polarisation DC à faible courant, les métaux migrent d'un conducteur à l'autre en raison de l'électrolyse, provoquant la croissance de dendrites métalliques qui ressemblent à des branches et des fougères. La migration de l'argent est la plus courante. Le cuivre, l'étain et le plomb sont également sensibles à la croissance des dendrites, mais ils se développent plus lentement que les dendrites d'argent. Comme pour la croissance d'autres métaux, ce mécanisme de défaillance peut entraîner des courts - circuits, des fuites et d'autres défaillances électriques. La croissance de filaments anodiques conducteurs est un cas particulier de croissance de dendrites. Le transport des ions sur l'isolant et entre plusieurs conducteurs provoque la croissance de fils métalliques à la surface de l'isolant, ce qui entraîne un court - circuit des fils adjacents. L'étain se réfère au stockage à long terme et à l'utilisation de l'équipement, sous l'influence des machines, de l'humidité et de l'environnement, la surface revêtue d'étain développera certains monocristaux d'étain en forme de moustache, dont le composant principal est l'étain. Comme l'étain a provoqué plusieurs accidents majeurs typiques tels que l'aérospatiale, il a reçu beaucoup d'attention.