作為電子產品的核心部件，PCBA板的質量和可靠性直接影響到整個產品的質量和可靠性。在長期的失效分析工作中，小編髮現幾乎所有PCBA的裝聯失效都與應力應變息息相關，且隨著組裝、裝配密度的提高及無鉛製程帶來的物料和工藝的被動改變，PCBA板對於製程應力應變愈發敏感。在很多PCBA加工廠內部，由於對應力應變的危害認識不足又缺乏有效的工具，製程應力應變已成為危害產品質量和可靠性的隱形殺手，埋藏下巨大風險。

現在，請讓佩特科技小編幫您揭開這個殺手的神秘面紗，給您講講製程應力應變這回事。

一、區分「應力」與「應變」

所謂「應力」，定義為單位面積上所承受的附加內力，如果在柱體上方施加外力P，柱體為保持原形，在內部產生抵抗外力的內力，內力被截面積所除後得到的值即為「應力」。

而用於描述一點處變形的程度的力學量即是該點的「應變」。電阻絲在被拉伸的時候會產出伸長形變Δl，電阻絲的長度變為l+Δl。有伸長量Δl和原長l的比所表示的伸長率（或壓縮率）即為應變（ε）。

應變沒有單位，由於量值很小，通常用1×10-6微應變（με）表示。

二、製程應力的來源及主要失效模式

1、製程熱應力

由於不同材料的熱膨脹係數（CTE）不匹配，PCBA在焊接組裝過程中，因溫度變化梯度和空間限制造成材料漲縮不同而引起的應力。典型的製程熱應力失效主要包括熱應力損傷、分層、塑性形變失效等。

2、製程機械應力

電子組裝工作的製程應力來源主要包括：

1）SMT工序：印刷錫膏過程中刮刀的機械應力；貼裝過程中貼片頭的機械應力等，主要影響的是焊接質量；

2）THT工序：引腳成型、插件、切腳等過程的機械應力，對元器件和印製板均可能造成損傷；

3）組裝後工序：如清洗、分板、在線測試等環節，製程式控制制不當極易造成組件應力損傷；

4）裝配：緊固、裝配、拆卸各環節，製程式控制制不當極易引發過應力損傷。

典型的製程機械應力失效即機械應力損傷

從前面的分析可以看出，在PCBA加工過程中材料CTE不匹配、工藝參數控制不當、以及不當的機械應力管控是導致應力應變損傷的主要因素。

三、實施製程應力應變風險識別和管控，防患於未然

由於PCBA板上的元器件及其焊點對應力損傷失效非常敏感，因此PCBA在最惡劣條件下的應力識別顯得至關重要。對所有表面處理方式的封裝基板，過大的應力都會導致焊點的損壞。這些失效包括在PCBA加工製造、測試和使用過程中的焊球開裂、線路損壞、焊盤起翹、基板開裂以及陶瓷元器件的本體開裂等。

經證實，運用應變測試可以對PCBA組裝、測試和裝配過程中所受到的應變和應變率水平進行客觀分析，甄別和改善有害製造工藝。應變測試的常用方法包括：

1、電測法：電阻式、電容式、電感式

2、光測法：雲紋法、全息干涉

3、光纖感測技術

4、數字圖像處理技術：利用CCD拍照來處理測量應變，高速攝像技術等

5、X射線技術：焊接殘餘應力測試

其中，應變電測技術應用最為廣泛。應變電測法的基本原理是：將電阻應變片（簡稱應變片）粘貼在被測構件的表面，當構件發生變形時，應變片隨著構件一起變形，應變片的電阻值將發生相應的變化，通過電阻應變測量儀器（簡稱電阻應變儀），可測量出應變片中電阻值的變化，並換算成應變值，或輸出與應變成正比的模擬電信號（電壓或電流），用記錄儀記錄下來，也可用計算機按預定的要求進行數據處理，得到所需要的應變或應力值。

此外，陰影雲紋測試技術也是目前較為普遍的評價封裝體熱變形的測試方法。通過干涉波紋的分析，可以準確得出反映樣品表面形狀的等高線，從而得出物體變形的程度，特別適合對封裝體的熱變形以及不同材料之間的熱膨脹匹配程度實施客觀分析，達到物料優選、提高產品直通率和可靠性的目的。

四、製程應力應變的測試標準

自2004年3月美國Sun Microsystems主導的「PCB Strain Gage Test」計劃開始，在全球標杆企業（如Intel、IBM、HP、CISCO等）的積極推動下，製程應變測試技術已逐步成為產業標準和工藝改進的基準。

目前應用較為廣泛的是IPC和JEDEC的相關標準，其中包括：

1、IPC/JEDEC-9702 Monotonic Bend

Characterization of Board-Level Interconnects

2、IPC/JEDEC-9704 Printed Circuit

Assembly Strain Gage Test Guideline

3、JEDECJESD22B112 High Temperature

Package Warpage Measurement Methodology

4、IPC-9641 High Temperature Printed

Broad Flatness Guideline

五、總結

應力應變始終伴隨在PCBA的組裝、裝配和測試過程中，有必要對其風險進行有效識別和管控。其中，應變測試是製程應力應變風險識別與分析的手段，應依據相關標準對製程敏感及風險環節實施排查，分析量化各風險工序的應變閾值，定期鑒別製程變異，指導工藝和製程管控的改進，有效避免應力應變帶來的質量風險。

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