商用空調(diào)顯示板貼片針座抗推力失效分析與研究

作者簡介：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)過程中起到的是連接作用，通常可統(tǒng)一稱之為連接器，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、可以通過設備貼裝減少人力等相關優(yōu)點，成為行業(yè)的趨勢，本文主要講述貼片針座在使用過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程中，發(fā)現(xiàn)多單顯示板上電顯示DH 故障, 按鍵無反應。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，輕微撥動單個針座，針座就已脫離。CN101 針座有碰動脫焊的隱患。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，主板未拆除前出現(xiàn)如圖2 所示針座旋轉(zhuǎn)受力拔出狀態(tài)，CN101 針座即出現(xiàn)不同程度傾斜、脫焊故障。

圖2 故障再現(xiàn)

2）CN101 針座未出現(xiàn)傾斜，多數(shù)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(nèi)。抽取部分廠內(nèi)成品，存在成品針座焊接附著力不足的情況。取合格品做針座的拉力實驗，拉力在50~70 N，測試數(shù)據(jù)合格，滿足生產(chǎn)和使用要求（如圖3）。

①整個焊盤的拉力均在50~70 N。

②從生產(chǎn)線取貼片針座焊接后的推力在30 N以上。

③排針跟這個針座的咬合力要小于實驗的拉力，從而可以判斷針座焊盤受力脫焊不會是物料問題，排除物料來料制造缺陷導致。

④根據(jù)圖紙要求尺寸，對針座進行全尺寸檢驗，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(jié)論：根據(jù)以上實驗情況以及對物料的全尺寸檢驗，說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：加長引腳的長度，根據(jù)PCB 板上針座焊盤的長度來改善針座引腳長度，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(shù)據(jù)：在26~63 N 之間（如表1）。

焊盤脫落照片如圖6。

圖6 測試推力后焊盤脫焊照片

綜上：引腳加長制品整改對針對整個針座抗推力無明顯改善。

方案二：在整體大小不變的情況下增加引腳數(shù)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(xiàn)相鄰引腳間有短路問題（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(shù)據(jù)：85~138 N 之間，效果如表2。

焊盤脫落照片如圖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，此方案整改從實驗數(shù)據(jù)上看是有效的，且焊接后未發(fā)現(xiàn)相鄰引腳間存在短路問題，同時此整改已經(jīng)完成并使用，售后未在反饋此類問題，徹底解決受力脫焊問題。

圖9 測試推力后焊盤脫焊照片

4   結(jié)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(xiàn)有結(jié)構進行分析，還要擴展思維，根據(jù)失效模式研究改善，通過引腳數(shù)量的增加，完全可以解決受力脫焊問題。

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(xiàn)都是隱秘性的、長期性的和關鍵性的。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越高。另外，不僅要考慮針座的使用，也要考慮實際生產(chǎn)、安裝、維修等受力情況，有針對性地進行實驗驗證，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短等結(jié)構進行研究分析，更要擴散思維，對針座的引腳排布、數(shù)量等研究，多方面入手就能找到突破點，提高針座的可靠性。故對于小型的針座可靠性進行失效分析很有必要。此次的分析研究也給類似故障提供參考經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 楊溢.90度彎針連接器安裝受力分析[J].空間電子技術,2015(6):95-98.

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

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年2月期）