PCB材料与尺寸不合适对其可靠性的影响

可靠性杂坛 2019-11-05 13:33


一、翘曲与扭曲
1.PCBA 200mm×250mm,板厚1.6mm,板厚设计不合理过炉后变形,使某些元器件焊接不良,如图1所示。
图1 板厚与板的面积不匹配
2.印制电路板厚度与所安装的元器件质量不匹配,造成PCB翘曲,如图2所示。
图2 板厚与板的质量不匹配
①按GJB 3835规定,PCBA在回流焊过程中的翘曲变形焊接后,最大弓曲和扭曲应不超过0.75%,安装细间距元器件的PCB的弓曲和扭曲不超过0.5%。
②有明显翘曲的PCBA,如果多层PCBA已经存在变形应力的基础上再实施包括加固金属框安装、机箱平台螺装、机箱导轨导槽插装等反变形安(插)装操作,很可能造成高密度IC等元器件引线、BGA/CCGA焊点和多层PCB的中续孔等印制导线金属化孔损伤、断裂。
③对于扭曲或弓曲已达到0.75%的PCBA,在确认其变形应力没有造成元器件损伤和可靠性问题而需要续续使用的情况下,应按下述有关规定进行安装。
a)不应在机箱平台、导槽、导轨或支柱上直接进行安(插)装和螺钉紧固,以免对印制电路板组装件安装的反变形应力进一步损伤元器件和金属化孔。
b)在不影响安装可靠性和保证主要导热通路或主要导电通路的条件下,应对其扭曲和弓曲变形间隙最大的部位采取局部垫层措施(导电或导热材料)。在确保变形印制电路板组装件安装不承受反变形应力的状态下,才能进行翘曲部位的安装和紧固。
④PCB安装结构和加固框所选用材料的刚性及其变形能力,不应对PCB造成扭曲或弓曲变形或反变形。
⑤对于有明显扭曲或弓曲,或者扭曲(弓曲)小于0.75%的多层板PCBA,特别是安装有高密度IC、BGA/CCGA元器件的PCBA,应严格防止对PCB进行矫正或反变形安装。
3.整机导线安装引起PCBA弓曲变形造成陶瓷片式电容器开裂。
如图3所示,在整机安装时,上下两块PCBA之间局部导线线束绑扎安装,引起上面PCBA向上弓曲变形,导致沿弓曲应力传递方向贴装的两只CT41L贴片电容器瓷体上产生裂纹,并沿裂纹发生短路和电击穿失效现象。
图3 导线线束绑扎过紧造成PCB弓曲,导致片式电容器裂纹
4)PCB的基材是微波复合介质双面覆铜箔基片TP-2,虽能满足电路性能要求,但TP-2耐温性能很差,只能承受恒温烙铁200℃、20s以下焊接,无法进行批量自动化生产,如图4所示。
图4 PCB的基材选材不当
5.PCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适造成贴装及回流焊时变形,容易造成焊接缺陷,还容易损坏元器件。特别是焊接BGA时容易造成空焊,如图5所示。
图5 PCB厚度与长度、宽度尺寸比不合适,造成BGA空焊
二、PCB材质选用不当,制作质量低劣
1.基板耐热性、热膨胀特性与元器件布局、焊料、焊接工艺及温度等不匹配,造成PCB翘曲/扭曲和严重焊接缺陷,如图6所示。
图6 PCB材质选用不当,制作质量低劣案例
2.基板焊盘可焊性涂层物质变异,或者其耐热性、耐焊性等与焊料、焊接工艺温度不符,产生润湿性差或过润湿等可焊性不良,如图7所示。
图7 焊盘可焊性涂层物质变异导致润湿性差
3.PCB焊盘可焊涂层工艺失控、铜箔表面严重氧化或受污染、可焊涂层材料特性变异,或者其耐热性、耐焊性等与焊料、焊接工艺温度不符等原因,造成焊盘露铜,如图8所示。
图8 铜箔表面严重氧化或受污染
4.基板材质耐热性差,制板压层工艺及材料质量失控,造成PCB分层起泡,如图9所示。
图9 PCB分层起泡
根据陈正浩编著的<高可靠性电子装备PCBA设计缺陷案例分析及可制造性设计>改编


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