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PCB应变过大导致电容失效分析,学习操作应变测试

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发表于 2022-10-14 11:08 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本帖最后由 zxshunine 于 2022-10-14 11:09 编辑
) A( S7 }8 e) ?6 I% Q$ e& O7 p% A) e. ?/ A' l
应变测试可以量化零件所在位置的应变,而根据这个量化的应变来判断零件破裂的风险,从而为改善措施提供方向。2 \3 p& {* F. ^* b3 N/ G/ D
MLCC:多层陶瓷电容器 。: R% `  T( r. T6 s9 X- R; a6 }  W
' @% P; U! L( Z8 B7 @: ]
微应变:是一个无量纲的物理量,当一个PCBA受到外力的作用,PCBA就会发生一个形变,拉伸变长应变为正,压缩变短应变为负,行业一般极限参考500μe。主应变:一个平面中最大和最小的正交应变,互相垂直起所在的方向切应变为“0”。1 O  y# X' g- F! i% s9 |: L

+ K) o/ U" Q1 J# R0 z' w

$ A4 v' _* t: U应变率:是用来描述应变变化的快慢的程度。应变的变化量除以这个变化被测量到的时间间隔。应变率也是用来衡量元件破裂的风险,多用于衡量BGA锡点的破裂风险。对于MLCC,主要用应变来衡量元件的破裂风险,对于应变率一般客户没有要求的话,极限值一般参考100000μe/s。
) F. x, \8 m2 c- d' y- u" ?9 Y
# G/ p0 R+ K0 q3 G, f8 k: A

3 ~. P6 ~! S3 G' q7 o9 \引言:MLCC以其低等效串联电阻,体积小,效率高等特性广泛地应用到各类电子产品当中。但由于陶瓷本身的脆性,导致MLCC在抗变形能力差,从而给电子产品的制造带来了风险和增加了难度。在PCBA生成中,即使MLCC上有裂缝却仍能工作一段时间,所以多数MLCC破裂的情况在工厂端都测试不出来。当这些破裂的MLCC在经过电和热循环后,裂缝会慢慢增大直至电极间短路或者开路而最后失效。由于MLCC的破裂具有一定的潜伏性,因此给产品的可靠性带来了很大的危害。而通过应变测试来量化制程中MLCC所在的位置应变,可以很方便和直观的知道MLCC在那些工序中有比较大的应变,和同一个工序中那些MLCC所在的位置有比较大的应变。
; Z* }$ \& q$ h7 ~& B9 d- j% _
案例分析:走刀式分板导致MLCC破裂。一家做咖啡机的厂商,在一批出货的一款咖啡机过程中,共收到几十台有相同不良现象的机台,经过电路分析发现,不良是由MLCC C134导致的。而通过切片分析,发现C134上的裂纹是典型的机械应力裂纹,是由PCB变形导致的。看其中一个MLCC的图片(红色箭头处是裂纹):* k+ A( V" p" ~: L6 v

+ ~" Y- G9 s% e) I3 N0 a

: l; z& d  `) ~, C3 B( I8 Z! j% [& P  X
通过应变测试,发现分板制程中C134处的产生的应变最大。C134的距离板边的距离如下图所示,C134与分板边的距离约3MM.(贴敷好应变片的PCB,如下图:)$ }3 Q8 h( z4 b' y$ C4 y2 Q

& @( k0 N3 t6 ?( D7 Y4 S& |
# _/ y  `7 w+ h8 i  j- h* s6 j

" j- O- W, M9 _对整个分板过程进行监测,如下图:
; ?1 S2 a% |, [9 ]
" r( h! x0 |+ F5 z

7 X. O0 L6 T$ [4 r) J
- j( [$ T6 n5 O9 V3 X3 X# V分板结束,如下图:: E4 X9 X2 x2 Z, |+ O% |

2 g5 `6 [( ]8 n  b8 i. }, L
6 F+ V* P6 X. O# B! _3 `

0 U  o" s( u% [: t应变测试结果(P&D Strain)如下:最大主应变值为2269.3μe,远超过目前行业对MLCC的应变标准±500ue,MLCC破裂风险很高,成为了导致PCB失效的潜在杀手。5 X+ V3 u; P7 q( K- o! d

: d7 ?! ^' B3 A( a* ?, |% }
. l! V8 I; _$ H4 Z

* ~/ M  i3 N( y. p" w
* B- h+ f3 l- h! T5 W. {0 ^Strain VS Rate VS PWB点位图如下:
2 u- h; I7 T6 Y; p/ I3 ^0 ^5 E" B+ `& @8 ?% S) E

& d1 b, q* i* U' X$ d, m" K当通过应变测试得知,C134是由于走刀分板制程中的应变而失效,公司找到分板机供应商,对设备进行调整后应变测试结果如下:
! k* y2 d( H" z- a: y  t
" P! W' Z. c2 ^
: T' U; ]) L  X5 V1 m8 h! G
/ h& D5 x6 j/ s" V0 d3 T& _
对整个分板过程进行实时监测,波形图如下图:

* j/ u! D- }1 Y' U6 f/ J8 U& ]4 T1 l& Q- \# H" R: ]& z
Strain VS Rate VS PWB点位图如下:! O$ t# ~4 J/ H1 N; r4 ~; p0 L

5 m! o( f  a+ g2 u1 e
1 l3 I9 g: N( L3 n# A$ [" u- a
得知结论:对PCBA生成工序进行应变测试,然后根据测试结果分析,对生成设备或者治具进行调整,降低外部机械力对PCBA产生的影响,有效的控制风险,提升失效率。
( H+ L) t5 o) X7 a: L# s( ~5 y; l4 I4 S  L4 Q
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    2023-1-11 15:38
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    发表于 2022-10-14 13:27 | 只看该作者
    MLCC具有低等效串联电阻,体积小,效率高的特性
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    开心
    2022-11-22 15:53
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    [LV.1]初来乍到

    3#
    发表于 2022-10-14 15:37 | 只看该作者
    陶瓷电容的脆性,导致MLCC的抗变形能力差
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