PCBA科技 - PCB組件變形的器件佈局要求

在SMT PCBA組裝、測試、運輸和使用過程中，不可避免地會產生相應的機械應力。 當機械應力超過某些部件和接線的應力極限時，會導致部件開裂，甚至導致部件開裂失效，嚴重影響產品的可靠性。 多層陶瓷電容器（MLCC）是一種常見的應力敏感元件，對應力更敏感，尤其是大型MLCC。

產生機械應力的常見場合包括：

1）放置過程中尖端產生的機械應力

2）焊接後，如果PCB上有較大的翹曲變形，則在整機組裝過程中，當板變形恢復時產生的機械應力

3）分割過程中PCB產生的機械應力

4）ICT測試期間產生的機械應力

5）擰緊螺釘時產生的機械應力

從可靠性設計的角度來看，機械應力引起的可靠性問題可以從佈局方面得到改善。 基本原則是，應力敏感部件，如MLCC，應考慮在應力保護區域，並避免高應力區域。 例如，當分割板時，在具有不同佈局方向的設備中產生的應力是不同的。 平行於輔助邊緣的裝置中產生的應力將小於垂直於輔助邊緣裝置的應力。 囙此，除了不在禁區內佈置設備外，對佈局方向也有要求。 同樣，PCB的不同變形方向對物理檢查有不同的影響。 當PCB產生如圖所示的變形方向時，佈局組件的長邊與變形方向一致，組件的內部應力較大，相反方向的應力較小。

根據電子產品的生產和使用，可靠性篩選可分為成品篩選、設備生產線的工藝篩選和整機PCBA工廠使用前的篩選。 以下是一些常用的篩選方法的簡要介紹。

1）目視和顯微鏡檢查

目視檢查或顯微檢查（顯微檢查）是電子產品製造中的一種重要篩選方法。 它可用於發現和清除污垢、缺陷、損壞和不良連接。 應根據主要失效模式和機理，結合具體失效過程，合理製定微觀檢驗標準。 多年的經驗證明，這種方法是最簡單有效的方法之一。 它非常有效地檢查晶片表面的各種缺陷（如金屬化層缺陷、晶片裂紋、氧化層質量、掩模質量和擴散缺陷等），以及觀察內部引線縫合、晶片焊接和封裝缺陷。 在國外，有使用掃描電子顯微鏡和電腦的自動顯微鏡系統。

2）X射線篩查

X射線是一種非破壞性篩查，用於檢查外殼中是否有殘留物、粘結和封裝過程中的潜在缺陷以及器件密封後晶片上是否有裂紋。

3）紅外線過濾

熱分佈（熱點和熱點區域）的特徵通過紅外探測或攝影來揭示。 當設計不合理時，過程中存在缺陷，生產中存在一些故障機制

過程中，產品的一部分將產生熱點或熱區。 通過這種管道，可以預先篩選不可靠的組件。 紅外遮罩的優點是在檢查過程中不會損壞組件，尤其是在大規模集成電路的檢查中。

4）電源老化

功率老化是一種非常有效的篩選方法，也是高集成電路的必要篩選方法之一。 通過對產品施加過大的電應力，電源老化可以儘快消除早期故障設備的潜在缺陷。 它可以有效地消除器件生產過程中產生的工藝缺陷、過薄的金屬化膜、劃痕和表面污染。 功率老化通常是指將集成電路產品置於高溫下，施加最大電壓以獲得足够的遮罩應力，從而消除高溫下的早期故障產品，並施加最大電壓來獲得足够的脈衝功率老化。 前者多用於小型數位電路，後者則用於中型和大型集成電路，使電路中的組件在老化時能够承受工作條件下的最大功耗和應力。 雖然超功率老化可以縮短老化時間，但也會使設備的暫態負載超過最大額定值，並導致合格的設備遭受損壞，甚至瞬間惡化或故障。 有些產品可能仍然暫時工作，但其使用壽命縮短。 囙此，對於過功率老化，並不是超載越多越有效，而是應選擇最佳超載。 現時比較一致的方法是將最大額定功率應用於設備，並適當延長老化時間，這是一種更合理的電力老化篩選方法。

5）溫度迴圈和熱衝擊遮罩

溫度迴圈會加速資料之間的熱失配導致的失效。 通過溫度迴圈可以遮罩諸如晶片組裝、接合、封裝和氧化物層上的金屬化膜等潜在缺陷。 溫度迴圈篩選的典型條件為-55~+155℃或-65~+200℃，持續3或5個迴圈。 每個迴圈應在最高或最低溫度下保持30分鐘，轉移時間應為15分鐘。 試驗後應測試交流和直流參數。 熱衝擊遮罩是測定溫度急劇變化的集成電路强度的有效方法。 例如，設定兩個100℃和0℃的水箱，在高溫水箱中浸泡15s後取出，然後在3s內移入低溫水箱至少5s，然後在3h內移入高溫水箱。 重複5次。 對於某些產品，如果內部零件資料的熱膨脹和收縮效能不匹配，或者零件有裂紋，或者SMT工藝不良導致的缺陷，則可以使早期失效的零件在高低溫交變環境的溫度影響下提前失效。 該方法具有良好的篩選效果。

6）高溫儲存篩選

高溫會加速產品內部的化學反應。 如果集成電路封裝的外殼中存在水蒸氣或各種有害氣體，或者晶片表面不乾淨，或者在接合點處存在不同的金屬成分，則會發生化學反應，高溫存儲可以加速這些反應。 由於這種篩選方法操作簡單，可分批進行，篩選效果好，投資低，囙此被廣泛應用。

7）高溫工作篩選

高溫工作篩選通常包括三種篩選方法：高溫直流靜態、高溫交流動態和高溫反向偏置，這對於消除器件表面、主體和金屬化系統上潜在缺陷導致的故障非常有效。 高溫反向偏置是在高溫下添加反向偏置工作電壓的測試。 它是在熱點的共同作用下進行的，非常接近實際工作狀態。 囙此，PCBA遮罩的效果優於簡單的高溫存儲。