Технология PCBA - анализ механизма усталостного отказа сварных точек SMT

По мере того, как плотность сборки PCB электроники становится все выше и меньше, а размер точки сварки, выполняющей функции механического и электрического соединения, становится все меньше и меньше, неисправность любой точки сварки может привести к общей неисправности устройства или даже системы. Поэтому надежность точки сварки является одним из ключей к надежности электронных продуктов. На практике отказ точки сварки обычно вызван взаимодействием различных сложных факторов. Различные среды использования имеют разные механизмы отказа. Основные механизмы отказа точки сварки включают тепловой, механический и электрохимический отказы.

Термический отказ в основном является усталостным отказом, вызванным тепловым циклом и тепловым ударом, а также отказом, вызванным высокой температурой. Поскольку коэффициент теплового расширения между поверхностно - монтажными элементами, пластинами ПХБ и сварным материалом не совпадает, при изменении температуры окружающей среды или нагревании самого элемента точка сварки создает тепловое напряжение из - за несоответствия коэффициента теплового расширения между компонентом и основной пластиной, И периодическое изменение напряжения приведет к отказу от тепловой усталости в точке сварки. Основным механизмом деформации тепловой усталости является ползучесть. Когда температура превышает половину температуры печи, ползучесть становится важным механизмом деформации. Для оловянно - свинцовых сварных соединений даже при комнатной температуре он превышает половину температуры при температуре плавления. Таким образом, ползучесть становится основным механизмом усталости от тепловой деформации во время теплового цикла.

По сравнению с тепловым циклом отказ, вызванный тепловым ударом, вызван большим дополнительным напряжением, вызванным различными скоростями нагрева и охлаждения компонентов. Во время теплового цикла можно считать, что температура во всех частях компонентов полностью совпадает; В условиях теплового удара из - за влияния многих факторов, таких как удельная теплоемкость, масса, структура и способ нагрева, температура в различных частях компонентов различна, что приводит к дополнительным тепловым напряжениям. Термический удар может вызвать множество проблем с надежностью, таких как усталость от потовых точек при перегрузке, отказ от коррозии и отказ компонентов, вызванный трещинами в области покрытия. Термические удары также могут привести к формам отказа, которые не происходят во время медленного теплового цикла.

Механический отказ в основном относится к перегрузке и ударному старению, вызванным механическим ударом, а также к отказу от механической усталости, вызванному механической вибрацией. При изгибе, тряске или другом напряжении элементов печатной схемы может возникнуть неисправность точки сварки. При изгибе, тряске или другом напряжении элементов печатной схемы может возникнуть неисправность точки сварки. Как правило, все меньшие точки сварки являются самым слабым звеном в сборке. Однако, когда он соединяет элементы с гибкой структурой, такие как штырь, с PCB, штырь может поглощать некоторые напряжения, поэтому точка сварки не выдерживает большого напряжения. Однако при сборке несмываемых компонентов, особенно для больших устройств BGA, точка сварки подвергается большему напряжению, когда компоненты подвергаются механическому удару в последующих устройствах и тестовых процедурах, таких как падения и PCB, которые подвергаются большему удару и изгибу, а компоненты относительно жестки. В частности, портативная электроника, сваренная без свинца, более подвержена столкновениям и падениям во время использования из - за ее небольшого размера, легкого веса и легкости скольжения. По сравнению с традиционными свинцово - оловянными сварными материалами, неэтилированные сварочные материалы имеют более высокий модуль упругости и другие различные физические и механические характеристики, что делает их менее устойчивыми к механическим ударам. Поэтому следует обратить внимание на надежность переносных электронных продуктов, не содержащих свинца, и на воздействие падения. Когда сварные детали подвергаются повторяющимся механическим напряжениям, вызванным вибрацией, это может привести к усталостному отказу точки сварки. Даже если это напряжение намного ниже уровня текучего напряжения, это может привести к усталости металлического материала. После большого количества малых амплитуд, высокочастотного вибрационного цикла происходит отказ от вибрационной усталости. Хотя каждый вибрационный цикл наносит небольшой ущерб точке сварки, после нескольких циклов вибрации в точке может возникнуть трещина. Со временем трещины также расширяются с увеличением количества циклов. Это явление более серьезно относится к сварным соединениям несмываемых частей.

Электрохимический отказ - это отказ, вызванный электрохимической реакцией при определенных условиях температуры, влажности и смещения. Основными формами электрохимических отказов являются: мостовые соединения, вызванные проводящими ионными загрязнителями, рост дендритов, рост проводящих анодных нитей и оловянная борода. Ионные остатки и водяной пар являются основными факторами электрохимических отказов. Электрические ионные загрязнители, остающиеся на ПХД, могут привести к мосту между точками сварки. В частности, во влажной среде ионные остатки перемещаются по металлическим и изоляционным поверхностям, образуя короткое замыкание. Ионные загрязнители могут образовываться различными способами, в том числе сварочными пастами и остатками флюса при производстве ПХД, загрязнением вручную и загрязнением атмосферы. Под совместным воздействием водяного пара и низкого смещения постоянного тока, поскольку электролиз приводит к перемещению металла из одного проводника в другой, растут металлические дендриты в форме ветвей и папоротников. Миграция серебра наиболее распространена. Медь, олово и свинец также уязвимы для роста дендритов, но они растут медленнее, чем серебряные дендриты. Как и другие металлы, этот механизм отказа может привести к короткому замыканию, утечке электроэнергии и другим электрическим сбоям. Рост проводящих анодных нитей является особым случаем роста дендритов. Передача ионов между изолятором и несколькими проводниками приводит к росту проволоки на поверхности изолятора, что приводит к короткому замыканию соседних проводов. оловянная борода - это бородатый монокристалл олова, выращенный на поверхности оловянного покрытия в процессе длительного хранения и использования прибора на ПХБА под действием механики, влажности и окружающей среды.