前言

在新能源汽車如火如荼發(fā)展的大背景下，因高壓系統(tǒng)設(shè)計與質(zhì)量管控等問題所引起的各類故障數(shù)量，也隨著新能源汽車與高壓產(chǎn)品數(shù)量的快速增長，呈倍數(shù)增長的態(tài)勢；從外資大品牌的失控加速門事件，到自主大品牌的自燃門事件；高壓電控產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性已經(jīng)成為各大車企與各家TIR1企業(yè)關(guān)注點的重中之重。那么高壓電控產(chǎn)品的失效原因、影響及改善措施主要有哪些呢？如何從產(chǎn)品的設(shè)計、驗證、過程管控中的優(yōu)化，來提升產(chǎn)品在市場上的穩(wěn)定性與可靠性呢？本文以一顆電阻所引發(fā)的電控產(chǎn)品失效為引，就電控產(chǎn)品的設(shè)計、驗證與批產(chǎn)質(zhì)量管控中的一些注意事項，與廣大設(shè)計同仁探討一下產(chǎn)品在質(zhì)量的穩(wěn)定性與可靠性方面的個人建議與看法。

1、產(chǎn)品功能失效事件基本情況介紹

本文討論的產(chǎn)品失效事件基本情況如下：

發(fā)生時間：某一年的上半年；

發(fā)生地點：客戶端——整車EOL下線工位、短里程終端用戶；TIR1端——控制器EOL下線工位、電橋總成EOL下線工位；SMT端——PCBA的FCT工位；

失效現(xiàn)象：整車端——啟動過程中突然掉高壓，無法掛檔前行；儀表盤顯示電機故障；TIR1端——MCU電源監(jiān)控故障；SMT端——PCBA在低壓上電的過程中出現(xiàn)放電火光，低壓電流突然減小，報驅(qū)動電源電壓監(jiān)控故障；查看PCBA可發(fā)現(xiàn)明顯的器件燒蝕損壞；

對失效件的PCBA檢測后發(fā)現(xiàn)：PCBA上用于將輸入電源轉(zhuǎn)換為驅(qū)動電源電壓的BUCK-BOOST電路中，H橋所對應(yīng)的功率MOSFET損壞；

?

2、產(chǎn)品失效原因分析

針對產(chǎn)品在各個應(yīng)用環(huán)境與工作場景失效樣件的相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、梳理后發(fā)現(xiàn)器件的損壞現(xiàn)象的特征如下：

損壞的器件主要集中在H橋的輸出側(cè)上管（所有失效的PCBA上，對應(yīng)的該器件均損壞）；

所有控制器的損壞，均發(fā)生在控制器PCBA上電的過程中；

PCBA的生產(chǎn)日期主要集中在第一季度的同一批次（失效的占比約為85%）；其余批次的PCBA發(fā)生損壞的占比相對較低；

所有失效的PCBA的流水號均為偶數(shù)編號。

2.1失效電路的工作原理分析

失效電路為電源電壓轉(zhuǎn)換的Buck-boost電路，其主要的工作原理便是：通過開、關(guān)MOSFET，對感性元件和容性元件實現(xiàn)充、放電控制，進而實現(xiàn)輸出電源電壓的控制；其功率轉(zhuǎn)換部分的電路原理如下圖1所示：

圖1

Buck-boost電路是開關(guān)電源中的經(jīng)典控制電路，其極簡的工作原理如下：

當VCC_IN的電壓低于輸出電壓VCC_OUT時，電路工作在Boost模式；

在Boost模式的一個周期前半段，Q1常開，Q4導(dǎo)通時，電流經(jīng)Q1、L1與Q4回到地，電感L1利用其感性特性，產(chǎn)生與電流方向相反的感應(yīng)電壓，實現(xiàn)儲能；

當L1儲能完成進入控制周期的半段，Q4關(guān)閉，Q1、Q2導(dǎo)通；電感里面所存儲的電能以感應(yīng)電壓的形式釋放出來與VCC_IN的輸入電壓形成電壓疊加（串聯(lián)）；

VCC_OUT的電壓上升，對輸出電容進行充電；當VCC_OUT的電壓達到輸出電壓的設(shè)定值時，Q2關(guān)閉，Q1、Q4導(dǎo)通；重復(fù)步驟2的操作，形成循環(huán)；

當VCC_IN的電壓高于輸出電壓VCC_OUT時，電路工作在Buck模式；

在Buck模式的一個周期前半段， Q2常開，當Q1導(dǎo)通時，電流經(jīng)Q1、L1與Q2，對于電感L1與輸出電壓VCC_OUT的電容進行儲能充電，

當VCC_OUT的輸出電容電壓達到設(shè)定值時；Q1斷開，電感L1中存儲的能量對VCC_OUT的電容繼續(xù)進行儲能充電，使VCC_OUT的電壓穩(wěn)定在設(shè)計要求的范圍內(nèi)；

當VCC_OUT的電壓接近設(shè)計要求的下限時，Q1閉合導(dǎo)通，繼續(xù)對電感L1和VCC_OUT的電容繼續(xù)進行儲能充電，形成輸出電壓VCC_OUT的閉環(huán)控制；

Buck-boost模式的工作原理即是以上兩個步驟的交替進行與循環(huán)。

2.2器件失效機理的分析與排查

2.2.1器件失效分析

針對該Buck-boost電路的工作原理與特性，結(jié)合Q2與Q4等損壞現(xiàn)象與失效樣件的工作狀態(tài)，統(tǒng)計可能引起故障的風(fēng)險如下圖2所示：

圖2

?結(jié)合電路原理進行失效機理分析：

由于該電路的器件選型與應(yīng)用的批產(chǎn)時間較長，存在設(shè)計不合理的可能較小；

對于同一批產(chǎn)的PCBA與控制器，進行該電路的實際測試與排查，通過柵極電壓的測試數(shù)據(jù)，與將MOSFET從PCBA上拆下來，采用飛線連接的方式測試正常工作條件的負載時，MOSFET均工作正常，且溫升不超過60℃；排除設(shè)計上可能存在的以下三類風(fēng)險：a、柵極電壓過低導(dǎo)致的熱失效；b、MOSFET的焊盤過小，散熱能力不足；c、散熱焊盤焊接不良；

采用程控電源對電路的輸入電壓進行設(shè)定，人為引入ISO16750中低壓電氣負荷要求的各項電壓跌落與過壓沖擊測試；Buck-boost電路的工作狀態(tài)與輸出電壓均工作正常，排除電源電壓波動所引起的器件過壓失效和模式切換所導(dǎo)致的器件過壓失效；

采用電子負載對電源電路進行輸出載荷測試：以正常工作所需的1.5倍功率，進行帶載啟動、最大負載下的載荷突變（拋負載等）等負荷測試；Buck-boost電路的工作狀態(tài)與輸出電壓均工作正常，排除負載波動所引起的器件過壓失效；

電源芯片本身不存在故障或失效時，在正常的Buck-boost芯片控制下，無法模擬橋臂短路與回路短路所引起的器件失效；但基于電路原理分析可知：強行模擬橋臂或回路短路工況，在大于一定微秒的時間下，必然導(dǎo)致MOSFET的器件損壞。

2.2.2器件失效排查

基于以上的電路原理與失效的可能性分析結(jié)果，結(jié)合失效PCBA的流水號均是偶數(shù)，且PCBA的生產(chǎn)日期較為集中在某一批次的特點；問題分析重點便落實到生產(chǎn)加工的工藝管控排查上。

采用X-RAY與電子顯微鏡相結(jié)合的方式，對于失效PCBA中外觀或功能暫時完好的MOSFET與輸出電容等器件的焊接質(zhì)量排查情況如下圖3所示：

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圖3

?????? 由圖3中電子顯微鏡與X-RAY的排查結(jié)果可知：PCBA在SMT焊接的過程質(zhì)量管控中，存在較為明顯的外觀與焊接質(zhì)量不良；特別是MOSFET在D-S之間的錫珠，在高溫與較高電壓條件下，可能存在因其電氣間隙及爬電間距不足而使D-S之間出現(xiàn)短路或阻抗較低的導(dǎo)通；一旦MOSFET的D-S之間存在不受G極控制的大電流導(dǎo)通，則極有可能直接損壞MOSFET。

采用X-RAY與電子顯微鏡相結(jié)合的方式，對于失效PCBA中MOSFET柵極電阻的焊接質(zhì)量排查情況如下圖4所示：

?圖4

由圖4中電子顯微鏡與X-RAY對MOSFET的柵極電阻排查結(jié)果可知：

失效PCBA的柵極電阻存在自身開裂的情況；

破壞掉PCBA上柵極電阻對應(yīng)測試點的三防漆后，對柵極電阻的阻抗進行測試發(fā)現(xiàn)，柵極電阻的阻值由其標稱值20Ω，變成了330Ω左右；

對所有失效PCBA所對應(yīng)MOSFET的柵極電阻進行外觀與阻抗檢測后發(fā)現(xiàn)——所有失效PCBA的Q2柵極電阻，均存在開裂且阻值變大的情況；

2.3器件失效的故障復(fù)現(xiàn)與原因鎖定

2.3.1器件失效的故障復(fù)現(xiàn)

基于X-RAY與電子顯微鏡所得的排查結(jié)果可知，存在MOSFET損壞的主要可能原因有二：a、MOSFET的焊接質(zhì)量問題；b、MOSFET的柵極電阻開裂問題。為確定引起控制器失效的具體原因，需進行確定試驗條件下的器件失效故障復(fù)現(xiàn)。

由錫珠引起的焊接質(zhì)量故障復(fù)現(xiàn)：

錫珠直接影響MOSFET在D-S之間的電氣間隙與爬電間距，發(fā)生D-S擊穿的條件主要在高環(huán)溫、高電壓情況下；

存在錫珠的問題，可通過在控制器的最高工作溫度、最高額定工作電壓條件下進行正常工作，以實現(xiàn)故障問題的試驗加速；

將通過X-RAY篩選后，MOSFET的D-S之間存在錫珠的PCBA，組裝成完整的控制器后，放置到環(huán)溫85℃，低壓工作電壓為16V的試驗條件下；

調(diào)整低壓工作的程控電源，按照20秒（工作15秒，關(guān)斷5秒）一個周期，進行的控制器重復(fù)上、下電試驗；

控制器在持續(xù)進行10000次的上、下電測試后，并未出現(xiàn)控制器的MOSFET損壞；

試驗結(jié)果可排除產(chǎn)品在整車下線或短里程情況下，因MOSFET的D-S極之間存在錫珠而引起的擊穿失效；

由故障失效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知：控制器的失效發(fā)生在整車下線或短里程的上電過程中，因此10000次的高溫加速試驗，可說明MOSFET在D-S極之間存在的錫珠，非引起MOSFET失效的直接原因。但MOSFET在D-S之間的錫珠，在結(jié)露或環(huán)境污染增加時，因爬電距離減小而引起的電痕化腐蝕問題，在控制器全生命周期內(nèi)的風(fēng)險，仍是不可忽視的質(zhì)量問題。

MOSFET的柵極電阻開裂問題：

找一塊各項功能與焊接質(zhì)量均正常的PCBA，將Q2的柵極電阻由20Ω，修改為330Ω；

將圖1中的Q1、Q2、Q3、Q4的柵極電壓信號，Q2的柵極電阻R2前端（與電源芯片的連接端）的電壓信號，電感L1的輸出電壓與電流信號，全部連接到示波器上；

按照控制器在整車上發(fā)生故障時的溫度與電源電壓條件（環(huán)溫25℃，低壓電源14V）進行控制器的上電測試；

控制器在上電過程中，Q2、Q4出現(xiàn)瞬時放電火光，MOSFET的塑殼因過溫損壞；損壞現(xiàn)象如下圖5所示：

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圖5

? ? ? ?5. 連接到示波器上的電壓、電流信號，在故障發(fā)生時所檢測到的波形變化如下圖6所示：?

圖6

由柵極電阻開裂問題所進行的故障模擬復(fù)現(xiàn)試驗，良好的復(fù)現(xiàn)了MOSFET的整個故障過程；針對所采集到的電壓信號，結(jié)合Buck-boost電路的工作原理對于MOSFET損壞故障發(fā)生的原因分析如下：

在Q1、Q4導(dǎo)通對L1進行充電后，Q4關(guān)閉，Q2導(dǎo)通對于輸出端VCC_OUT的電容充電；

在VCC_OUT的輸出電壓達到設(shè)定要求值后，電源芯片控制Q2關(guān)閉，Q4導(dǎo)通進入下一個循環(huán)；

Q2的柵極電阻因為開裂，阻值由20Ω的設(shè)計值，變?yōu)榱?30Ω的實際值時， Q2的柵極關(guān)斷電壓下降非常緩慢，在Q4導(dǎo)通時，Q2因柵極電壓并未下降到關(guān)斷門檻電壓以下以實現(xiàn)關(guān)斷；

Q2與Q4同時導(dǎo)通，H橋的右半部份形成了橋臂直通短路；

橋臂直通時，由于Q2的柵極電壓偏低，MOSFET的導(dǎo)通阻抗較大，其自身的散熱能力不足以支撐其此時的耗散功率，器件溫度快速上升而導(dǎo)致器件損壞。

2.3.2器件失效原因鎖定

根據(jù)以上的器件失效原因分析、排查及故障復(fù)現(xiàn)的結(jié)果，梳理歸納后可確定導(dǎo)致整車端與EOL端的控制器功能失效的根本原因： MOSFET的柵極電阻開裂，導(dǎo)致MOSFET在開通后，無法實現(xiàn)有效的關(guān)斷控制；在電路要求H橋各MOSFET之間交替導(dǎo)通時，形成橋臂直通， MOSFET因橋臂直通短路的大電流而引起器件的損壞。

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3、電阻損壞的原因分析

小封裝電阻產(chǎn)品存在開裂或斷裂現(xiàn)象，是SMT生產(chǎn)過程中比較常見的一種失效模式；對于電阻的失效，除去其來料自身的不良以外，導(dǎo)致電阻開裂或斷裂的主要因素是PCBA在SMT過程中，因設(shè)備精度、人員操作、對配件的尺寸超差等問題所致。

針對該案例中電阻開裂失效的可能原因，我們采用MECE分析法，對于電阻失效可能的原因分析如下圖7所示：

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?圖7

?????? 從人、機、料、法、環(huán)幾個方面，對于電阻開裂的可能原因進行分析、梳理后可確認，電阻開裂的可能原因有二：

電阻自身來料不良；

與電阻配合的PCB板，在SMT的貼片過程中存在配合尺寸超差；

對于電阻自身來料的問題，可基于以下幾點數(shù)據(jù)的分析和邏輯推理，予以排除：

此電阻在PCBA中的單機用量大于10，而損壞始終發(fā)生在固定點位——Q2的柵極電阻；

所有損壞的PCBA，其編號均為偶數(shù)；

故障失效的電阻在實際生產(chǎn)所用電阻中的占比較低，且失效規(guī)律性與PCB編號強相關(guān)；

基于以上分析，電阻失效的核心原因中，對PCB及配合問題而言：

PCB因來料不良、放置不到位等原因，引起配合尺寸偏差；

在SMT貼片過程中，因電阻與PCB的配合尺寸超差，引起電阻與PCB上焊盤的撞擊；

撞擊產(chǎn)生的機械應(yīng)力大于電阻所能承受的最大應(yīng)力時，引起電阻開裂或斷裂。

對設(shè)備精度而言：

PCB固定工裝定位偏差、SMT設(shè)備尺寸控制精度低等原因，引起電阻與PCB上焊盤的撞擊；

撞擊產(chǎn)生的機械應(yīng)力大于電阻所能承受的最大應(yīng)力時，引起電阻開裂或斷裂。

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4、失效所引發(fā)的設(shè)計思考

4.1電路原理的設(shè)計思考

在MOSFET的驅(qū)動電路中，柵極電阻的主要作用：

在MOSFET開通時，通過限值對MOSFET的柵極注入電流，來控制柵極電壓的上升斜率，減小MOSFET開通過程中，體二極管的反向截止沖擊電流；優(yōu)化電流應(yīng)力；

在MOSFET關(guān)斷時，通過限值對MOSFET的柵極抽取電流，來控制柵極電壓的下降斜率，減小MOSFET關(guān)斷過程中，由于系統(tǒng)的雜散電感所引起的電壓尖峰，優(yōu)化電壓應(yīng)力；

針對本例開關(guān)電源所用MOSFET的失效而言，從原理圖的設(shè)計方面，有哪些可以優(yōu)化的點呢？個人思考后想到的可能優(yōu)化方案如下：

去掉柵極電阻，簡化電路設(shè)計：采用電源芯片的輸出信號直接驅(qū)動?xùn)艠O的方式，取消柵極電阻。通過柵極電阻的作用分析可知：是否需要柵極電阻，在于MOSFET器件在正常工作與惡劣工況下的電流耐受能力與電壓耐受能力是否在其設(shè)計壽命的允許范圍內(nèi)。如果能確保MOSFET在全生命周期內(nèi)，電流、電壓沖擊均在器件允許的耐受范圍內(nèi)，則不需要柵極的驅(qū)動電阻。

采用更大電壓、電流耐受能力的MOSFET器件定然能解決問題；但必然會增加器件的物料成本！在不增加物料成本的情況下，實現(xiàn)柵極電阻取消的關(guān)鍵在于——如何抑制MOSFET的電壓與電流應(yīng)力！在設(shè)計上可從以下幾個主要方面進行考慮：

在相同的工作電壓、電流的使用條件下，選擇開關(guān)特性更軟（開通與關(guān)斷變化更緩）的MOSFET器件；

選擇柵極內(nèi)阻Rg（器件內(nèi)集成的柵極電阻）更大的MOSFET器件；

選擇柵極Ciss容值更大的MOSFET器件；

適當降低MOSFET的柵極驅(qū)動電壓幅值；

當MOSFET的開關(guān)特性變緩、柵極內(nèi)阻較大、柵極電容量較大且柵極驅(qū)動電壓適當降低時，對于MOSFET開通與關(guān)斷的實際影響——MOSFET的柵極電壓上升與下降的速度降低； MOSFET器件在開通與關(guān)斷過程中的電壓、電流應(yīng)力的降低。電路的簡化、器件的減少、故障失效點位的減少，將有利于提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性！

增加?xùn)艠O電阻的數(shù)量，提升應(yīng)用魯棒性：面對柵極電阻因單獨一點的虛焊或開裂所導(dǎo)致的產(chǎn)品功能失效，增加?xùn)艠O電阻的數(shù)量是提升產(chǎn)品應(yīng)用魯棒性的有效手段。

以本例中的柵極電阻20Ω為例：

當柵極驅(qū)動電阻出現(xiàn)開裂或是虛焊時，其阻抗呈指數(shù)級增大，直接導(dǎo)致了MOSFET損壞，產(chǎn)品功能失效；

如柵極電阻采用兩顆40Ω電阻并聯(lián)時，當出現(xiàn)如本例中一顆電阻開裂，其阻抗變?yōu)?30Ω時；

由于電阻并聯(lián)設(shè)計的采用，MOSFET柵極驅(qū)動電阻的實際阻抗為35.6Ω；

雖然柵極電阻的實際值有所增大， 對MOSFET的實際損耗與發(fā)熱有影響，最終對產(chǎn)品的實際使用壽命有一定影響，但電路和產(chǎn)品的基本功能得到了有效保障。

完善電路的回采保護機制：參考功能安全對于重要信號的要求，對于MOSFET的柵極信號增加電壓回采與保護功能。

對于可編程類電源控制芯片（如：PWM的輸出與控制，采用DSP或是可編程芯片），可增加對于MOSFET的柵極輸入信號回采功能；

通過回采的電壓信號，確定柵極驅(qū)動電壓的幅值是否正常；

通過回采的電壓信號，確定柵極輸入電平的狀態(tài)與PWM輸出的狀態(tài)是否同步；

通過回采的電壓信號，確定橋臂內(nèi)控制MOSFET開、關(guān)的PWM信號死區(qū)時間是否正常；

通過回采信號與電路工作的控制邏輯，及時發(fā)現(xiàn)電路異常，及時關(guān)閉輸出并報警，避免器件與PCBA的進一步損壞。

4.2PCB在Layout上的設(shè)計思考

本例中出現(xiàn)MOSFET失效根本的原因是柵極電阻開裂；而柵極電阻開裂的根本原因：封裝較小，機械強度較弱，對于SMT過程中機械沖擊的承受能力較弱。為此在PCB的器件封裝選型設(shè)計中：

柵極電阻的封裝越大，其耐機械沖擊的能力越強；

空間條件允許的情況下，加大電阻封裝，可有效提升產(chǎn)品的可制造性與可裝配性；

在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性與成本之間，需結(jié)合實際的工藝成本、售后維護成本、故障損失成本與產(chǎn)品的物料成本之間，取平衡，作抉擇。

越小的封裝設(shè)計，產(chǎn)品在：SMT加工過程中的工藝管控要求；PCBA測試與組裝的工藝管控要求；產(chǎn)品實際應(yīng)用過程中對環(huán)境應(yīng)力承受能力等方面均是挑戰(zhàn)；為提升產(chǎn)品工藝管控能力或產(chǎn)品使用環(huán)境應(yīng)力的耐受能力所付出的隱形成本，極有可能遠大于產(chǎn)品本身所增加的物料成本。為此，在滿足產(chǎn)品物料成本控制需求的情況下，增大器件封裝是提升產(chǎn)品穩(wěn)定性與可靠性的一種有效手段。

由于半導(dǎo)體電子元件自身的機械強度較弱，對于應(yīng)變、應(yīng)力非常敏感，所引申出的一些設(shè)計思考：

器件在PCB中的布置位置，對于產(chǎn)品穩(wěn)定性與可靠性的影響；

PCB的拼板面積、板材厚度，對于產(chǎn)品穩(wěn)定性與可靠性的影響；

PCB走線與焊盤設(shè)計，對于產(chǎn)品穩(wěn)定性與可靠性的影響；

PCB應(yīng)力的直觀衡量指標——應(yīng)變。在PCB到PCBA的加工、測試和使用過程中，因為PCBA的固定與安裝、ICT與FCT的測試、PCBA不同區(qū)域的工作溫差、工作環(huán)境溫度變化與沖擊、機械的振動與沖擊等，使得PCBA的應(yīng)變必然存在。如何減小PCB應(yīng)變所產(chǎn)生的應(yīng)力對于器件的影響呢？以一長度為100mm的PCBA，兩個安裝點之間的水平高度差為1mm為例，安裝示意如下圖8所示：

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?圖8

PCBA在安裝后的應(yīng)變與應(yīng)力分析如下：

自然狀態(tài)下，100mm長的PCBA處于完全水平的狀態(tài)，以器件1作為參考原點；

當PCBA的左右兩顆螺釘將PCBA安裝到固定座上時，由于左右存在1mm的高差，將導(dǎo)致PCBA產(chǎn)生較自然狀態(tài)下的形變；

以PCBA長度的中點（器件1的位置）為原點，則PCBA左端將產(chǎn)生較原點高0.5mm的高度差；右端將產(chǎn)生較原點低0.5mm的高度差（實際的應(yīng)變與應(yīng)力分析極為復(fù)雜，此處僅僅做一個簡單說明，將應(yīng)變與應(yīng)力的分析抽象、簡化）；

以器件1為原點時，左、右兩端的應(yīng)變量（相對于原點的高度差）與PCB在水平方向上距原點的距離成正比；

由胡克定律:△F=K*△x，可推導(dǎo)出應(yīng)變數(shù)據(jù)x越大，PCB所產(chǎn)生的應(yīng)力便會越大的定性分析結(jié)論；

應(yīng)力敏感器件所受應(yīng)變越大，應(yīng)力越大，產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性將越差。

基于以上的分析與推導(dǎo)， PCB在Layout的元器件布局設(shè)計中，為有效提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性，設(shè)計應(yīng)注意：

對于應(yīng)力越敏感的元器件；越需要在Layout的布局，將其放置在PCB的中間位置；

盡可能保證將元器件的短邊，放置在應(yīng)變發(fā)生的方向與路徑上，減小元器件所承受的應(yīng)變跨度；

在滿足機械強度與抗振能力的條件下，應(yīng)盡可能加大PCBA安裝螺釘之間的間距。

在產(chǎn)品實際加工的過程中，為提升生產(chǎn)效率，SMT基本都是以拼版的方式進行制造加工。因PCB板的形變量與其板面積成正比，與其板厚成反比；故而相同面積的拼版大小下，其在PCB生產(chǎn)加工、錫膏印刷、SMT貼片、回流焊接、ICT/FCT測試等過程中所受外力的變形、翹曲等的直接決定因素便是PCB的板厚。

雖然各個加工廠家在實際生產(chǎn)過程中，對于PCB所施加的外力不盡相同；但廠家確定，其在各道工藝流程中所施加的外力，基本都在一個確定的范圍內(nèi)。如何選擇合適的板厚和拼版面積的關(guān)鍵在于：PCB上的所有元件可接受應(yīng)變量的大小。故而在PCB的設(shè)計中，除了需要考慮其在產(chǎn)品使用中，機械強度所要求的板厚外；還需要考慮在拼版加工時，PCB所要控制的應(yīng)變量大小，從而確定板厚的要求。

隨著電子元器件小型化的發(fā)展，芯片引腳的設(shè)計焊盤越來越小，對應(yīng)走線的要求也越來越細；因走線變細，為避免PCB在敷銅加工過程中的滾線風(fēng)險，銅厚也會隨之變薄。PCB在走線變細、銅厚變薄的情況下，其對于應(yīng)變與應(yīng)力的耐受能力也隨之減弱；走線與焊盤因應(yīng)力導(dǎo)致的穩(wěn)定性與可靠性問題，將在產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)中突顯出來。故而結(jié)合以上對于應(yīng)變、應(yīng)力的分析，在PCB的Layout走線與焊盤設(shè)計時應(yīng)注意：

空間與電氣條件允許的情況下，盡量加大走線寬度；

無法加大線寬的位置，走線方向盡量與應(yīng)變形成與傳播方向垂直，減小走線的應(yīng)變跨度；

空間與電氣條件允許的情況下，焊盤與走線之間通過增加淚滴的方式，提升銅箔的抗應(yīng)變能力；

內(nèi)層設(shè)計時，盡量避免大面積無銅區(qū)，避免因?qū)优c層之間形成的高度差，降低其它層走線的抗應(yīng)變能力；

? 總結(jié)

電子產(chǎn)品設(shè)計過程中，因機械沖擊與應(yīng)力等導(dǎo)致的失效，隨著電子元器件的小型化發(fā)展，在產(chǎn)品生產(chǎn)與使用的整個生命周期中將會越來越突出，如何有效的通過設(shè)計來提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性，將是硬件設(shè)計中的重點關(guān)注方向；希望與廣大的同行一起就產(chǎn)品設(shè)計的穩(wěn)定性與可靠性話題，進一步的交流、討論；也許大家可以開一期關(guān)于PCB的應(yīng)力與應(yīng)變的專題討論。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一颗电阻失效引发的设计思考的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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