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PCB失效与可靠性

八月 29, 2019 | I-Connect007
PCB失效与可靠性

本月的主题是“失效”和“可靠性”,我想不出还有哪两个词能像这两个词一样具有截然相反的意义。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Eric Camden,Foresite Inc. 首席研究员

 

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标签:
#PCB失效  #可靠性 

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