陈明轩(1989—),男,助理工程师,主要研究方向:电子元器件失效分析。
针座在生产的全部过程中起到的是连接作用,通常可统一称之为连接器,一般的针座分为排针、手插针座、贴片针座,贴片针座相对于前两者具有体积小、能够最终靠设备贴装减少人力等相关优点,成为行业的趋势,本文主要介绍贴片针座在使用的过程中的失效分析与整改。
在复核售后商用机显示板过程中,发现多单显示板上电显示DH 故障, 按键无反应。排查均为按键板CN101 位置针座部分引脚脱焊导致。取下针座注塑部分,查看底部针座焊接位置,部分针座已脱焊,轻微拨动单个针座,针座就已脱离。CN101 针座有碰动脱焊的隐患。故障图片如图1。
针座针芯不同程度弯曲、歪斜:售后在误拆卸手操器PCB 板时,主板未拆除前出现如图2 所示针座旋转受力拔出状态,CN101 针座即出现不同程度倾斜、脱焊故障。
2)CN101 针座未出现倾斜,多数针芯残留焊接在PCB 上,部分针芯随黑色塑料针座脱焊残留在针座内。抽取部分厂内成品,存在成品针座焊接附着力不足的情况。取合格品做针座的拉力实验,拉力在50~70 N,测试数据合格,满足生产和使用上的要求(如图3)。
③排针跟这个针座的咬合力要小于实验的拉力,从而能够判断针座焊盘受力脱焊不会是物料问题,排除物料来料制造缺陷导致。
④根据图纸要求尺寸,对针座进行全尺寸检验,均符合图纸要求。但售后仍有故障返回。
分析结论:根据以上实验情况及对物料的全尺寸检验,说明物料设计存在缺陷,是抗受力能力较差导致。
方案一:加长引脚的长度,根据PCB 板上针座焊盘的长度来改善针座引脚长度,由4.3 mm 改到4.5 mm,增加上锡面积(如图4)。
方案二:在整体大小不变的情况下增加引脚数量,由4 排引脚增加到7 排引脚(如图7)。
综上:新制品(7 排引脚)针座推力明显远大于旧制品(4 排引脚)抗推力,此方案整改从实验数据上看是有效的,且焊接后未发现相邻引脚间存在短路问题,同时此整改已完成并使用,售后未在反馈此类问题,完全解决受力脱焊问题。
贴片针座小型化,对设计的要求相比来说较高,失效分析不能仅限于对现有结构可以进行分析,还要扩展思维,根据失效模式研究改善,通过引脚数量的增加,可完全解决受力脱焊问题。
一般针座在日常的使用中,并不能像其它电子元器件一样得到很高的重视,但往往异常的出现都是隐秘性的、长期性的和关键性的。特别是目前的针座趋于小型化、多作用化,因此对可靠性的依靠就慢慢的升高。另外,不仅要考虑针座的使用,也要考虑实际生产、安装、维修等受力情况,有明确的目的性地进行实验验证,提高物料的可靠性很有必要。物料的可靠性不仅要求对引脚长短等结构可以进行研究分析,更要扩散思维,对针座的引脚排布、数量等研究,多方面入手就能找到突破点,提高针座的可靠性。故对于小型的针座可靠性进行失效分析很有必要。此次的分析研究也给类似故障提供参考经验。