商用空調顯示板貼片針座抗推力失效分析與研究

作者簡(jiǎn)介：陳明軒（1989—），男，助理工程師，主要研究方向：電子元器件失效分析。

0   引言

針座在生產(chǎn)過(guò)程中起到的是連接作用，通?？山y一稱(chēng)之為連接器，一般的針座分為排針、手插針座、貼片針座，貼片針座相對于前兩者具有體積小、可以通過(guò)設備貼裝減少人力等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，成為行業(yè)的趨勢，本文主要講述貼片針座在使用過(guò)程中的失效分析與整改。

1   研究背景

在復核售后商用機顯示板過(guò)程中，發(fā)現多單顯示板上電顯示DH 故障, 按鍵無(wú)反應。排查均為按鍵板CN101 位置針座部分引腳已脫焊導致。取下針座注塑部分，查看底部針座焊接位置，部分針座已脫焊，輕微撥動(dòng)單個(gè)針座，針座就已脫離。CN101 針座有碰動(dòng)脫焊的隱患。故障圖片如圖1。

圖1 貼片針座受力脫焊照片

2   貼片針座受力脫焊失效原因及失效機理分析

1）針座塑料件受力歪斜、脫焊失效，對應插接頭

針座針芯不同程度彎曲、歪斜：售后在誤拆卸手操器PCB 板時(shí)，主板未拆除前出現如圖2 所示針座旋轉受力拔出狀態(tài)，CN101 針座即出現不同程度傾斜、脫焊故障。

圖2 故障再現

2）CN101 針座未出現傾斜，多數針芯殘留焊接在PCB 上，部分針芯隨黑色塑料針座脫焊殘留在針座內。抽取部分廠(chǎng)內成品，存在成品針座焊接附著(zhù)力不足的情況。取合格品做針座的拉力實(shí)驗，拉力在50~70 N，測試數據合格，滿(mǎn)足生產(chǎn)和使用要求（如圖3）。

①整個(gè)焊盤(pán)的拉力均在50~70 N。

②從生產(chǎn)線(xiàn)取貼片針座焊接后的推力在30 N以上。

③排針跟這個(gè)針座的咬合力要小于實(shí)驗的拉力，從而可以判斷針座焊盤(pán)受力脫焊不會(huì )是物料問(wèn)題，排除物料來(lái)料制造缺陷導致。

④根據圖紙要求尺寸，對針座進(jìn)行全尺寸檢驗，均符合圖紙要求。但售后仍有故障返回。

因此，分析為物料設計抗推力不足。

圖3 測試針座和排針裝配后的拉力

分析結論：根據以上實(shí)驗情況以及對物料的全尺寸檢驗，說(shuō)明物料設計存在缺陷，是抗受力能力較差導致。

3   貼片針座受力脫焊解決方案

方案一：加長(cháng)引腳的長(cháng)度，根據PCB 板上針座焊盤(pán)的長(cháng)度來(lái)改善針座引腳長(cháng)度，由4.3 mm 改到4.5 mm，增加上錫面積（如圖4）。

圖4 增加引腳長(cháng)度方案圖

效果驗證如下。

測試推力照片如圖5。

圖5 推力計顯示值

測試推力數據：在26~63 N 之間（如表1）。

焊盤(pán)脫落照片如圖6。

圖6 測試推力后焊盤(pán)脫焊照片

綜上：引腳加長(cháng)制品整改對針對整個(gè)針座抗推力無(wú)明顯改善。

方案二：在整體大小不變的情況下增加引腳數量，由4 排引腳增加到7 排引腳（如圖7）。

圖7 增加引腳方案

效果驗證：

測試推力。

1）7 排引腳樣品照片，焊接后未發(fā)現相鄰引腳間有短路問(wèn)題（如圖8）。

圖8 改善樣品焊接后X—ray查看焊接效果

2）測試推力數據：85~138 N 之間，效果如表2。

焊盤(pán)脫落照片如圖9。

綜上：新制品（7 排引腳）針座推力明顯遠大于舊制品（4 排引腳）抗推力，此方案整改從實(shí)驗數據上看是有效的，且焊接后未發(fā)現相鄰引腳間存在短路問(wèn)題，同時(shí)此整改已經(jīng)完成并使用，售后未在反饋此類(lèi)問(wèn)題，徹底解決受力脫焊問(wèn)題。

圖9 測試推力后焊盤(pán)脫焊照片

4   結論

貼片針座小型化，對設計的要求相對較高，失效分析不能僅限于對現有結構進(jìn)行分析，還要擴展思維，根據失效模式研究改善，通過(guò)引腳數量的增加，完全可以解決受力脫焊問(wèn)題。

一般針座在日常的使用中，并不能像其它電子元器件一樣得到很高的重視，但往往異常的出現都是隱秘性的、長(cháng)期性的和關(guān)鍵性的。特別是目前的針座趨于小型化、多作用化，因此對可靠性的依靠就越來(lái)越高。另外，不僅要考慮針座的使用，也要考慮實(shí)際生產(chǎn)、安裝、維修等受力情況，有針對性地進(jìn)行實(shí)驗驗證，提高物料的可靠性很有必要。物料的可靠性不僅要求對引腳長(cháng)短等結構進(jìn)行研究分析，更要擴散思維，對針座的引腳排布、數量等研究，多方面入手就能找到突破點(diǎn)，提高針座的可靠性。故對于小型的針座可靠性進(jìn)行失效分析很有必要。此次的分析研究也給類(lèi)似故障提供參考經(jīng)驗。

參考文獻：

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[2] 陳逵.電子元器件失效分析的常用技術(shù)手段及應用[J].大科技,2013(11): 305-306.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年2月期）