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电源适配器的焊点失效机理!

  随着深圳电源适配器(开关电源)组装密度越来越高,承担机械与电气连接功能的焊点尺寸越来越小,而任意一个焊点的失效就有可能造成器件甚至开关电源的失效。因此,焊点的可靠性是电源适配器可靠性的关键之一。在实际中,焊点的失效通常由各种复杂因素相互作用引发,不同的使用环境有不同的失效机理,焊点的主要失效机理包括热致失效、机械失效和化学失效等。

  1.热致失效:热致失效主要是指由热循环和热冲击引起的疲劳失效,高温导致的失效同样包括在内。由于表面贴装元件、PCB和焊料之间的热膨胀系数不匹配,当环境温度发生变化或者开关电源本身发热时,焊点内就会产生热应力,随开关电源的间断使用次数,应力的周期性变化导致焊点的热疲劳失效。

  2.机械失效:机械失效主要是指由机械冲击引起的过载与冲击失效以及由机械振动引起的机械疲劳失效。当电源适配器的印制电路组件受到弯曲、晃动或其他的应力作用时,将可能导致焊点失效。一般而言,较小的焊点是电源组件中最薄弱的环节。当它连接柔性结构有引脚的元件到PCB时,由于引脚可以吸收一部分应力,故障点不会承受很大应力。

  但是当组装大体积的器件后,当电源组件受到机械冲击时,例如,跌落或者PCB在后续的装配和测试工序中受到了较大的冲击或者挤压弯曲,而器件本身的刚性又比较强时,焊点就会承受较大的应力,导致焊点疲劳失效。

  即使当这种应力远低于屈服应力水平时,也可能引起金属材料疲劳,经过大量小幅值、高频率振动循环后,振动疲劳失效就会产生。尽管每次振动循环对焊点的破坏很小,但经过很多次循环,将会在焊点处产生裂纹。随时间的推移,裂纹还会随循环次数的增加而蔓延。

  3.电化学失效:电化学失效是指在一定的温度、湿度和大气压条件下,由于发生电化学反应而引起的失效。电化学失效的主要形式有导电离子污染物引起的桥连、枝晶生长、导电阳极丝生长和锡须等。

  离子残留物与水汽是电化学失效的核心要素。残留在PCB上的导电离子污染物,可能引起焊点间桥接。特别是在潮湿的环境中,离子残留物是电的良好导体,它们能够跨过绝缘间隙而形成短路。离子污染物可以由多种途径产生,包括印制板制造工艺、焊料、手工操作污染或大气中的污染。

  在水汽和电流的综合条件下,由于点解引起金属从一个导体(阳极氧化成离子)向另一个导体(阴极)迁移,会发生外形象树枝的金属枝晶生长。这种失效机理能够导致短路、漏电和其他故障。“锡须”是在电源产品长期储存、使用过程中在机械、湿度、使用环境等作用下,会在镀锡层的表面生长处一些胡须形状的锡单晶体,其主要成分是锡。