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PCBA两大类故障详解,PCBA 失效该如何分析?

一、概述现代电子装联工艺

  主要是以 PCBA 为对象展开的,因此,电子装联工艺可靠性的研究也主要以发生在 PCBA 上的故障现象为对象展开的。

  PCBA 的故障现象可分为生产过程中发生的和在用户服役期间发生的两大类。

      (1)在制造过程中 PCBA(内部的或表面的)发生的故障现象:如爆板、分层、表面多余物、离子迁移和化学腐蚀(锈蚀)等。

      (2)在用户服役期间 PCBA 上的各种各样的失效模式和故障表现:如虚焊、焊点脆断、焊点内微组织劣化及可靠性蜕变等。

二、故障分析的目的

  故障分析是确定故障原因,搜集和分析数据,以及总结出消除引起特定器件或系统失效的故障机理的过程。

  进行故障分析的主要目的是,找出故障的原因;

  追溯工艺设计、制造工序、用户服役中存在的不良因素;

  提出纠正措施,预防故障的再发生。通过故障分析所积累的成果,不断改进工艺设计,优化产品制造过程,提高产品的可使用性,从而达到全面提升产品可靠性的目的。

三、PCBA 失效率曲线

  1.PCBA 产品失效率曲线包含下述 3 个层面,即:

  元器件失效率曲线:如图 1(a)所示。通过对元器件出厂前的强制老化,可以有效地降低元器件在用户服役期内的失效率。

  元器件供应寿命曲线:如图 1(b)所示。它描述了元器件到用户后的使用寿命期,它对构成系统的可靠性有着重大影响。

  PCBA 组装失效率曲线:如图 1(c)所示。它由 SMD 来料寿命、SMD 组装寿命和焊点寿命 3 部分共同影响。此时 PCBA 的使用寿命基本上取决于焊点寿命。因此,确保每一个焊点的焊接质量是确保系统高可靠性的关键环节。

图 1 PCBA 产品失效率曲线

  2.PCBA 典型的瞬时失效率曲线。PCBA 典型的瞬时失效率简称 PCBA 典型失效率。瞬时失效率是 PCBA 工作到 t 时刻后的单位时间内发生失效的概率。PCBA 典型的瞬时失效率曲线由早衰区、产品服役区和老化区 3 个区域构成,如图 2 所示。

图 2 PCBA 典型的瞬时失效率曲线

四、PCBA 失效分析的层次和原则和方法

  1.失效分析的层次在电子产品生产和应用实践中,对 PCBA 和焊点失效的控制和分析,基本上和其他系统的可靠性控制和分析的方法是相同的,如图 3 所示。

  2.失效分析的原则——机理推理的基础

  现场信息;

  复测(失效模式确认)结果分析;

  对象的特定工艺和结构的失效机理;

  特定环境有关的失效机理;

  失效模式与失效机理的关系;

  有关知识和经验的长期积累。

图 3 可靠性工程控制

  3.失效分析方法 PCBA 失效分析中所采用的方法,目前业界有些专家归纳了一个很好的分析模型,如图 4 所示。

图 4 PCBA 失效分析方法