板级PCBA机械应力失效案例

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板级PCBA机械应力失效

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电子类器件（如电子元器件、PCB/PCBA、IC）是电子产品、电气控制系统的基本组成部分，一旦出现故障将直接限制设备的正常运行。电子类器件的失效受温度、湿度等多种因素影响，常见的失效模式包括机械失效（组装机械应力失效、使用机械应力失效）、电化学失效（离子残留、水汽失效）、电气失效（过电应力损伤、静电放电损伤）、热失效（元器件热失效、焊点热失效、PCB板热失效）等，本文重点介绍机械应力失效。

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01、机械应力及其危害

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物体在受到外因（受力/载荷、温度变化等）发生变形时，其内各部分为抵抗该变形而产生相互作用的内力，以力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置，该作用力被称为机械应力。在板级产品PCBA生产过程中，不合适的机械应力会引发不同程度的失效或潜在失效风险。对于焊点而言，会使焊点可靠性下降；对于元器件而言，可能使元器件产生损伤；对于PCB而言，可能导致过孔断裂、印制线路损伤等。机械应力引起的失效往往难以直接确定原因，需要通过对失效样品深入分析并针对性的加以改善，从而提升板级产品PCBA的品质水平。

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针对板级PCBA机械应力失效，试验室常规分析流程是怎样的呢？以两个典型的案例带大家了解一下。

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02、机械应力失效案例分享

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案例一

某电子产品天线异常，产线测试拦截。经外观检查，芯片本体无损伤，无外力撞击痕迹。

按压芯片后，天线信号恢复正常。将失效件管脚切片，发现焊球顶部开裂，故天线信号异常为芯片焊点开裂所致。

失效件外观

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失效件切片形貌

对芯片所在位置做应变测试，模拟产线操作动作，测试PCB板安装、锁螺钉、测试等操作的芯片应变值，发现在组装PCB板时，板上芯片位置的应变值超标。取正常板进行大力按压，测试性能异常，金相切片后发现复现板失效形貌与原始失效板相同，由此可知组装PCB板应力值超过芯片焊点的应力阈值是导致本次失效的根本原因。

失效件切片形貌

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正常件复现后切片形貌

案例二

某产品市场返回不良品，硬件定位电容短路。万用表测试电容两端阻抗，短路。将失效电容纵向切片，发现在电容右上角陶瓷端子崩裂，并在此位置附近发现电极层熔融。

失效件外观

失效件切片形貌

排查单板组装（扣屏蔽盖、扣BTB、锁螺钉）和跌落情境下失效器件的在板应变值，发现扣BTB工序时电容器件应变值超失效阈值，失效风险高。综上分析，电容器件失效的原因为产线扣合BTB的板形变量导致电容出现板级应力损伤（电容上端子出现裂纹），板通电后电容烧毁短路。

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失效机理

组装制造过程中的机械应力主要有以下几类：

(1) 焊接过程中快速的冷热变化的温度差对PCBA的作用力；

(2) PCBA不当拿取碰撞、跌落等对机械冲击的承受力；

(3) PCBA包装防护不当，在运输过程中对振动的承受力；

(4) 工装设备等操作对PCBA的作用力。

显然，上述两个组装失效均为工装设备等操作对PCBA的机械力所致。试验室通过模拟复现识别出失效原因，对后续质量改进具有实际的指导意义。

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PCBA在贴片加工、测试、运输等过程中，会不可避免的承受各种机械应力，如果该机械应力超过了线路板所能承受极限，就会对电子元器件产生不利影响。

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