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Tecnología PCBA

Tecnología PCBA - Análisis del mecanismo de falla por fatiga de las juntas de soldadura SMT

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Tecnología PCBA - Análisis del mecanismo de falla por fatiga de las juntas de soldadura SMT

Análisis del mecanismo de falla por fatiga de las juntas de soldadura SMT

2023-01-09
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Author:iPCB

A medida que la densidad de montaje de PCB de los productos electrónicos es cada vez mayor y el tamaño de los puntos de soldadura que asumen funciones de conexión mecánica y eléctrica es cada vez más pequeño, la falla de cualquier punto de soldadura puede causar una falla general del dispositivo o incluso del sistema. Por lo tanto, la fiabilidad de los puntos de soldadura es una de las claves de la fiabilidad de los productos electrónicos. En la práctica, el fracaso de las juntas de soldadura suele ser causado por la interacción de varios factores complejos. Diferentes entornos de uso tienen diferentes mecanismos de falla. Los principales mecanismos de falla de las juntas de soldadura incluyen falla térmica, falla mecánica y falla electroquímica.

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El fallo térmico es principalmente un fallo de fatiga causado por ciclos térmicos y choques térmicos, y el fallo causado por altas temperaturas también está incluido. Debido a la incompatibilidad del coeficiente de expansión térmica entre el componente de montaje de la superficie, la placa de PCB y la soldadura, cuando la temperatura ambiente cambia o el propio componente se calienta, la soldadura produce tensión térmica debido a la inconsistencia del coeficiente de expansión térmica entre el componente y el sustrato. Y los cambios cíclicos en el estrés provocarán un fallo de fatiga térmica en las juntas de soldadura. El principal mecanismo de deformación del fracaso de la fatiga térmica es el arrastre. Cuando la temperatura supera la mitad de la temperatura del horno, el arrastre se convierte en un mecanismo de deformación importante. Para las juntas de soldadura de estaño y plomo, incluso a temperatura ambiente, ha superado la mitad de la temperatura de fusión. Por lo tanto, el arrastre se ha convertido en el principal mecanismo de falla de fatiga por deformación térmica durante el ciclo térmico.


En comparación con el ciclo térmico, el fallo causado por el choque térmico es causado por el mayor estrés adicional causado a los componentes por diferentes tasas de calentamiento y enfriamiento. Durante el ciclo térmico, se puede considerar que la temperatura de cada parte del componente es exactamente la misma; En condiciones de choque térmico, debido a la influencia de varios factores, como el calor específico, la calidad, la estructura y el modo de calentamiento, la temperatura de cada parte del componente es diferente, lo que produce tensiones térmicas adicionales. El impacto térmico puede causar muchos problemas de fiabilidad, como la fatiga del punto de sudor durante la sobrecarga, el fallo de corrosión y el fallo del componente causado por grietas en la zona de recubrimiento. Los choques térmicos también pueden causar formas de falla que no ocurren durante un lento ciclo térmico.


El fracaso mecánico se refiere principalmente a la sobrecarga y el envejecimiento del impacto causado por el impacto mecánico, así como al fracaso de la fatiga mecánica causado por la vibración mecánica. Puede ocurrir una falla en la soldadura cuando los componentes del circuito impreso están doblados, sacudidos u otras tensiones. Puede ocurrir una falla en la soldadura cuando los componentes del circuito impreso están doblados, sacudidos u otras tensiones. En general, las juntas de soldadura cada vez más pequeñas son el eslabón más débil en el montaje. Sin embargo, cuando conecta componentes con una estructura flexible como el pin al pcb, el pin puede absorber parte del estrés, por lo que el punto de soldadura no soportará mucho estrés. Sin embargo, cuando se ensamblan componentes no pin, especialmente para dispositivos bga grandes, los puntos de soldadura soportarán una mayor tensión cuando los componentes se vean sometidos a impactos mecánicos en equipos y procedimientos de prueba posteriores, como caídas y mayor impacto y flexión de pcb, y cuando la rigidez de los componentes sea relativamente Fuerte. En particular, los productos electrónicos portátiles soldados sin plomo son más propensos a colisiones y caídas durante su uso debido a su pequeño tamaño, peso ligero y fácil deslizamiento. En comparación con la soldadura tradicional de plomo y estaño, la soldadura sin plomo tiene un mayor módulo de elasticidad y otras características físicas y mecánicas diferentes, lo que hace que la soldadura sin plomo sea menos resistente al impacto mecánico. Por lo tanto, se debe prestar atención a la fiabilidad y el impacto de caída de los productos electrónicos portátiles sin plomo. Cuando los componentes de soldadura están sujetos a tensiones mecánicas repetidas causadas por la vibración, se produce un fallo de fatiga en la soldadura. Incluso si el estrés está muy por debajo del nivel de estrés de rendimiento, puede causar fatiga del material metálico. Después de un gran número de ciclos de vibración de pequeña amplitud y alta frecuencia, se producirá un fallo de fatiga por vibración. Aunque el daño a la soldadura por cada ciclo de vibración es pequeño, después de varios ciclos de vibración, la soldadura tendrá grietas. Con el tiempo, las grietas también se propagarán a medida que aumente el número de ciclos. Este fenómeno es más grave para las juntas de soldadura de componentes no pin.


El fracaso electroquímico se refiere al fracaso causado por reacciones electroquímicas en ciertas condiciones de temperatura, humedad y sesgo. Las principales formas de falla electroquímica son: puente causado por contaminantes de iones conductores, crecimiento de dendrita, crecimiento de alambre de ánodo conductor y barba de Estaño. Los residuos iónicos y el vapor de agua son los factores centrales del fracaso electroquímico. Los contaminantes de iones conductores que permanecen en el PCB pueden causar puentes entre los puntos de soldadura. Especialmente en ambientes húmedos, los residuos iónicos se mueven sobre superficies metálicas y aislantes, formando cortocircuitos. Los contaminantes iónicos se pueden producir de diversas maneras, incluidos los residuos de pasta y flujo durante la fabricación de pcb, la contaminación por manipulación manual y los contaminantes en la atmósfera. Bajo la influencia combinada del vapor de agua y el sesgo de corriente continua de baja corriente, debido a la electrolisis, los metales migran de un conductor a otro, y crecen ramas metálicas en forma de ramas y helechos. La migración de la plata es la más común. El cobre, el estaño y el plomo también son vulnerables al crecimiento de las dendritas, pero crecen más lentamente que las de plata. Al igual que otros metales, este mecanismo de falla puede causar cortocircuitos, fugas y otras fallas eléctricas. El crecimiento de los filamentos anódicos conductores es un caso especial de crecimiento de dendritas. La transmisión de iones entre el aislador y varios conductores conduce al crecimiento de alambre en la superficie del aislador, lo que resulta en un cortocircuito en los cables adyacentes. La barba de estaño se refiere al cristal único en forma de barba de estaño que crece en la superficie del recubrimiento de estaño bajo la acción de la maquinaria, la humedad y el medio ambiente durante el almacenamiento y uso a largo plazo del dispositivo en pcba.