PCB失效与可靠性

wushy32

失效是产品生产者最不想看到的结果。所有合同制造商都致力于打造可靠的产品，或者至少应该这样做，但问题是其中大多数未能筑起确保产品可靠所要求的保障，却寄希望于生产出可靠的产品。这种情况并不罕见，也不是电子行业特有的，当产品没有进行可靠性测试时，到消费者手上必定会出现各种质量问题。也有极少数公司根本不关心其产品的可靠性。
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对于我们的行业来说，可靠性就是生命，因此测试通常都会作为要求写入合同中，但这样就够了吗？或者只是一成不变地做一些常规测试？我们经常看到部件更新或者设计更改，产品已经升级，但是测试要求却一直未更新。
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今天的电子产品具有小型化的封装和更复杂的电路，需要做的工作可能比以前要多。当我们谈论这个话题时，应该避免说“过去都是这样做的”。之前的测试并不一定意味着仍然与今天的产品相适用，需要评估终端使用环境和功率需求，再决定应该完成哪些测试来验证可靠性。显然，与安全和生命攸关的设备所需的测试肯定比家用电器更严格。总而言之，不存在适合任何产品的通用测试方法。

很多时候，我看到在裸板上进行的唯一验证测试是尺寸测量。这是一个很好的需要保留的项目，随后还需要进行叠层剖面分析。许多PCB制造商会在每批大货中附带剖面样品。然而，在大多数情况下，我看到它被密封在袋子中，附带完工合格证CofC，之后被锁进抽屉，就算完事了，客户并不对样品进行检查。信不信由你，反正锁在抽屉里的样品，不会完成任何测试。这样简单地将带有合格证的剖面样品归档，只是假设PCB制造商发送的产品与设计要求一致。只有当检测到失效时，才会返回来找存档的样品进行验证。很多代工厂都在这么做，不在少数。
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5 o; S* V# N" d2 f$ i) D2 x另一个非常重要的测试是裸板清洁度测试，通常根据历史数据或客观依据，来确定验收标准。IPC J-STD-001修订本1中明确规定了这一流程。如果产品采用免清洗助焊剂，在组装结束后，没有对上游留下的污染物做清洗，那么清洁度测试就显得尤为重要。如果开始拿到的就是被污染的裸板，那么产品可能会遇到类似电气泄漏或电化学迁移之类的问题，这些问题并不是组装工艺造成的，所以最好事先了解清楚PCB裸板的情况。
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- A9 s& i1 G& {, J/ f' J" n裸板上还可以进行许多其他测试，可以在IPC 4000和6000系列标准中找到相关方法及其要求，IPC-A-600可作为外观验收参考标准。根据产品最终使用环境，需要PCB制造商与客户协商，确定需要完成哪些额外测试。

PCB制造商交付的裸板验收合格后，就可以进行组装。经过试样测试和高温、高湿测试来选择材料是个很好的做法。IPC TM-650 2.3.6.7的表面绝缘电阻（SIR）测试已成为确定设备对助焊剂的处理水平及高温、高湿下的影响的首选测试。允许留下良性的残留物 ，或者用水溶性助焊剂完全去除。了解不同材料对产品的影响非常重要，对三防漆、灌封、粘合剂、底部填充等还要进行材料兼容性测试。并非所有材料都能很好地协同工作，因此如果计划涂覆或使用其他类型的表面灌封，这些测试会非常有用，可以消除故障之前的潜在问题。

选择了所有材料之后，现在是时候继续构建您的PCBA并进行更多测试，到目前为止所做的所有选择和测试决定了产品的可靠性风险。当然，如果您注重可靠性，还有更多的测试可以做，在IPC标准中可以找到无数的测试项目，但首要考虑的是最终的使用环境，再确定测试项目，以下我将介绍一些我们认为非常重要的测试。需要查看的IPC标准是J-STD-001和用于目检的配套标准IPC-A-610。如果您对组装过程有任何疑问，这些标准是很好的参考工具。

8 n2 Y9 L7 ~9 x% u我推荐的测试之一是离子色谱法（Ion Chromatography，简称IC），可确定组装后的清洁度级别。IC将告诉您离子污染的确切类型和数量，这在确定与电气泄漏或电化学迁移相关的故障风险时至关重要。有许多方法可以进行IC分析的提取，但切记——污染不会均匀地分布在组件的整个表面上。

0 Q( Y! @4 w; M4 C8 z溶剂萃取物（ROSE）电阻率以及标准IC萃取测试的结果会表明污染物在电路板表面分布得差不多。千万不要被这个结果误导，每个焊接工艺都有自己的化学特征并影响最终的清洁度级别，只有通过查看PCB的更小区域，才能确定每种工艺的效果。有许多方法可以进行局部提取，每种方法都有其独特的优缺点，因此应检查每种方法以确定哪种方法适合特定的应用。当了解了每种工序各增加了多少残留物后，您可以对该工序进行调整，以优化和减少活性污染物的数量。过量的活性残留物很容易吸收大气中的水分并导致漏电。
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下一个测试是温湿度及偏压（或 THB）测试。测试过程包括将完全组装好的产品放入高温高湿环境中，使用固定装置为样品提供标称功率，并运行500或1000小时进行测量，以便最好地了解在正常运行环境中的预期结果。这种测试100%还原了产品生命周期中遇到的极端环境。
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在经过这么多测试后，您应该对每一项测试的预期有了一定的了解。如果整个过程中的抉择都是正确的，那么做到THB测试时，你将得到非常好的结果。

0 T3 q% j, o; B+ H7 o2 v$ N上述是我建议的基本测试，可以用来覆盖、评估和提高可靠性。当然，这些并不包括您可能需要考虑的每项测试。如果产品是应用于汽车引擎，则可能需要添加振动测试；如果产品是应用于恶劣环境，可能需要考虑进行混合流动气体测试……适用测试的列表可能会更长。您可能对本文提到的一些基础测试已有所了解，请牢记从原材料到最终产品的生产过程中，进行一系列测试是保证产品可靠性以及防止失效的好办法。
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ssduck

考虑使用环境，再确定测试项目

wushy32

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DuBois_1wwe

高湿测试选择材料是个很好的做法