电子产品组装过程中常见失效机理及预防措施张伟波

电子产品组装过程中常见失效机理及预防措施张伟波

张伟波

（江苏省连云港市杰瑞电子有限公司222006）

摘要：近年来，在科技不断发展的当今时代，电子产品也逐渐融入到社会中。在电子产品的组装过程中，其核心位置就是电路板部分，分析电路板的不良情况，进行出现不良的原因探讨发现，静电损伤对于元器件的伤害很大，同时也是造成电子产品组装中出现不良的重要因素。另外，电子产品中组装不良的其他因素是由于一些湿度敏感的元件在装焊过程中失效，对器件的长期使用造成了很大影响。本文就电子产品组装过程中常见失效机理及预防措施展开探讨。

关键词：电子产品；组装；电路板；失效机理预防措施

本世纪50年代开始，电子工业开始迅速发展，失效分析技术融合到可靠性设计中，并以数理统计技术为基础，使得失效分析技术进入一个新的阶段。

1电子产品组装过程中的常见失效机理

1.1焊点

焊点不良主要来自于装配过程中焊接的缺陷等。若环境温度发生变化或者电路系统中电流影响，会使得元件自身功率发热，使得焊点热疲劳进一步导致电子产品质量不佳；另外，当焊点周围的温度发生变化时，焊点内部会产生热应力，而焊点的疲劳损伤则是由于盈利周期性变化而造成。空洞的产生和影响:空洞是指焊点内一些细小的气泡，主要是由于加热期间焊锡中存在空气或者一些化合物的膨胀，又被称为锡洞。电子产品的焊接过程可以使用外观检查进行焊点形成缺陷的检查，但是过程中的空洞缺陷却存在很大的隐蔽性，在检查中较难检测出。但是从另一方面上来讲，空洞的产生是必然的，通过调查研究，空洞对焊点的影响主要有两点：其一是空洞能够阻止裂纹的产生，并且也能够改变裂纹的扩散路线；其二则是空洞处会有集中性应力产生，降低使用寿命。

1.2静电产生及放电的失效机理

当物体中的电子产生定向转移时，该物体被极化，由此产生了带电现象，根据电子转移的实际情况，物体的极化效果存在正极性和负极性之分，并且，电子转移量越大，其极性也就越明显。在生活中，静电产生的主要方式包括摩擦起电和感应带电。所谓摩擦起电，是指由于不同物体在表面接触、摩擦的过程中存在能态差异，在接触面上发生电荷转移，并在此基础上产生偶电层，具体如图1所示。其中，A代表着接触物体表面能态作用下的电荷转移过程，在完成电荷转移之后，在接触物体表面形成B中的偶电层，当接触物体分开时，也就产生了C中的带电现象。根据摩擦起电的原理和现象可以这样认为，偶电层的存在，相当于一个电容器，随着电容器两极板距离的增加，电容值将减小，其接触面积电压却能够迅速增加，静电的危害自此产生。一旦放电环境成立，将会产生较大的电流，对于电子产品电路板上的电子元器件来说，这一电流会影响到电子元器件的正常工作。除摩擦起电以外，另一种静电产生方式则为感应带电，部分不带电的导体能够在特殊的外界电场环境作用下变为带电导体，物体内部电子的定向聚集，使物体形成感应电势，也就具有了正向电位。感应电势的存在，能够在与电子产品电路板接触时形成火花放电反应，这种放电可以分为直接接触或非直接接触两种类型，对于电子产品的危害也较大。

图1：摩擦起电的原理示意图

2电子产品组装过程的防护措施

2.1焊点方面

电子产品随着不断发展逐渐趋于小型化，且功能也越来越集成，在研究电子产品组装中产生不良原因的过程中，由于各种原因使得分析过程变得十分困难。其中焊点是电子产品组装中的一项重要问题，因此可设置合理回流焊温度来处理焊点问题。空洞的存在能够将焊点裂纹的扩散速度提升，从而将焊点强度减弱。在印制电路板中存在盲孔会形成焊点空洞，且工艺条件的不合理也会造成同样的结果。主要原理是印制电路板盲孔中存在空气，通过高温加热其体积会急速增长出现裂解，还有的部分空气排除是在锡膏融化过程中，然而没有排除的空气则会在锡球内形成空洞。因此，空洞的产生位置主要在盲孔。此外，焊点的空洞影响与锡膏中存在的水封、焊接的温度有很大关系，将焊接的预热时间延长并保持在90～120s之间，在焊膏融化之前将其中存在的空气和水分充分蒸发，能够在很大程度上减少焊点出现空洞；还可以将焊膏的表面张力降低，使得气泡在高温的环境下顺利地排出。

2.2静电防护措施

（1）静电耗散及释放。在实际电子产品组装过程中，对产生的静电及时进行耗散与释放是防治静电危害的主要方法之一，通常使用防静电材料进行处理。其中，静电耗散主要是利用了防静电材料能够组织同类型电荷在某一区域的积累，从而降低电子元器件表面电势，防止静电危害形成。静电释放是指对物体表面已经积累的电荷进行特殊处理的一种方法，使原本积累的电荷向大地转移。以静电接地为例，其形式包括软接地和硬接地两种，以串接限制流过人体的电流进入大地的方式成为软接地，硬接地则是将电子元器件与大地相连接的一种方式。在实际电子产品组装过程中，这两种方式都得到了普遍应用。软接地方式主要为一线组装工人所使用（静电电流限制在5mA以内），该方式的选择与实际工作现场的静电积累速度相关。硬接地则针对大型用电设备的静电释放，硬接地通道应单独设立于静电防护工程之中，建立专用的静电释放线路，保证静电电压能够在1s的时间内将至100V以下。（2）静电中和。所谓静电中和，是指利用相反电荷的作用原理，通过外加电荷的形式，将原积累电荷进行中和的过程。作为消除静电的主要措施，对于电子产品中无法使用静电防护材料的情况，则可以采用静电中和的方式避免静电对其产生的危害。一般情况下，多使用局部工作区域静电中和或工作台静电中和措施，在条件允许的前提下，甚至可以对电子产品组装车间整体进行静电中和。然而，静电中和的使用却存在一定的风险，例如，当静电中和器异性电荷释放与实际静电荷量差别较大时，静电中和器将产生静电高压，使用不当的情况下，容易对人体、电子产品造成二次伤害。因此，在使用类似高压静电中和器时，需要随时关注设备上的静电电压显示值，使其维持在一定的安全范围之内。

2.3环境增湿

环境相对湿度增加，则非导体材料如作业人员穿的衣服、工作台等表面的电阻减小，使物体积累的静电荷可以更快地释放。例如，放置在相对湿度90%环境中纸的表面电阻大致在1X109。左右，同样的纸放置在相对湿度40%环境中时，表面电阻可达1X10'。以上。有静电的场所，在工艺条件许可时，可以安装空调设备、喷雾器(或在集中空调送风口设置大功率加湿装置)以提高空气的相对湿度消除静电。一般情况，用增湿法消除静电的效果是很明显的。需要指出的是，对于孤立(无静电泄漏途径)的带静电绝缘体和导体、表面不易被水浸润的介质(聚四氟乙烯、纯涤纶等)、高温环境中的静电绝缘体增湿是无效的。为对静电达到最佳的控制，环境相对湿度应保持在65%^'70%以上。在电子工业中，提高湿度这种方法不能得到广泛应用，因为湿度过高会使工作人员感觉不舒适，而且会使设备生锈和材料受到损害。另外，对于面积较大工作场所，增湿则需要很大的费用，在很多情况下无法实现。

结语

通过对电子元件常见失效原因进行研究，减少因静电、湿度等多种因素导致的电子产品组装过程中电子元件失效问题，在提高电子产品可靠性的同时，也降低了因电子元件失效造成的生产成本增加问题。

参考文献

[1]肖集雄.中美两国ESD失效分析研究现状及比较[J].河北大学学报(自然科学版),2017(S1).

[2]白同云.汽车电子系统接地、屏蔽与滤波设计[J].电子质量,2015(02).