隨著電源適配器(開關(guān)電源)組裝密度越來越高,承擔(dān)機(jī)械與電氣連接功能的焊點(diǎn)尺寸越來越小,而任意一個焊點(diǎn)的失效就有可能造成器件甚至開關(guān)電源的失效。因此,焊點(diǎn)的可靠性是電源適配器可靠性的關(guān)鍵之一。在實(shí)際中,焊點(diǎn)的失效通常由各種復(fù)雜因素相互作用引發(fā),不同的使用環(huán)境有不同的失效機(jī)理,焊點(diǎn)的主要失效機(jī)理包括熱致失效、機(jī)械失效和化學(xué)失效等。
1、熱致失效:熱致失效主要是指由熱循環(huán)和熱沖擊引起的疲勞失效,高溫導(dǎo)致的失效同樣包括在內(nèi)。由于表面貼裝元件、PCB和焊料之間的熱膨脹系數(shù)不匹配,當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或者開關(guān)電源本身發(fā)熱時,焊點(diǎn)內(nèi)就會產(chǎn)生熱應(yīng)力,隨開關(guān)電源的間斷使用次數(shù),應(yīng)力的周期性變化導(dǎo)致焊點(diǎn)的熱疲勞失效。
2、機(jī)械失效:機(jī)械失效主要是指由機(jī)械沖擊引起的過載與沖擊失效以及由機(jī)械振動引起的機(jī)械疲勞失效。當(dāng)電源適配器的印制電路組件受到彎曲、晃動或其他的應(yīng)力作用時,將可能導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。一般而言,較小的焊點(diǎn)是電源組件中最薄弱的環(huán)節(jié)。當(dāng)它連接柔性結(jié)構(gòu)有引腳的元件到PCB時,由于引腳可以吸收一部分應(yīng)力,故障點(diǎn)不會承受很大應(yīng)力。但是當(dāng)組裝大體積的器件后,當(dāng)電源組件受到機(jī)械沖擊時,例如,跌落或者PCB在后續(xù)的裝配和測試工序中受到了較大的沖擊或者擠壓彎曲,而器件本身的剛性又比較強(qiáng)時,焊點(diǎn)就會承受較大的應(yīng)力,導(dǎo)致焊點(diǎn)疲勞失效。即使當(dāng)這種應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力水平時,也可能引起金屬材料疲勞,經(jīng)過大量小幅值、高頻率振動循環(huán)后,振動疲勞失效就會產(chǎn)生。盡管每次振動循環(huán)對焊點(diǎn)的破壞很小,但經(jīng)過很多次循環(huán),將會在焊點(diǎn)處產(chǎn)生裂紋。隨時間的推移,裂紋還會隨循環(huán)次數(shù)的增加而蔓延。
3、電化學(xué)失效:電化學(xué)失效是指在一定的溫度、濕度和大氣壓條件下,由于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的失效。電化學(xué)失效的主要形式有導(dǎo)電離子污染物引起的橋連、枝晶生長、導(dǎo)電陽極絲生長和錫須等。離子殘留物與水汽是電化學(xué)失效的核心要素。殘留在PCB上的導(dǎo)電離子污染物,可能引起焊點(diǎn)間橋接。特別是在潮濕的環(huán)境中,離子殘留物是電的良好導(dǎo)體,它們能夠跨過絕緣間隙而形成短路。離子污染物可以由多種途徑產(chǎn)生,包括印制板制造工藝、焊料、手工操作污染或大氣中的污染。
在水汽和電流的綜合條件下,由于點(diǎn)解引起金屬從一個導(dǎo)體(陽極氧化成離子)向另一個導(dǎo)體(陰極)遷移,會發(fā)生外形象樹枝的金屬枝晶生長。這種失效機(jī)理能夠?qū)е露搪?、漏電和其他故障?!板a須”是在電源產(chǎn)品長期儲存、使用過程中在機(jī)械、濕度、使用環(huán)境等作用下,會在鍍錫層的表面生長處一些胡須形狀的錫單晶體,其主要成分是錫。