CN112034400A - 一种表贴器件组装的可靠性验证装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表贴器件组装的可靠性验证装置及方法，属于电子元器件安全可靠性技术领域。包括一个振动工装组件，振动工装组件与外接的振动台连接，振动工装组件上安装有印制板，印制板上开设有与待测器件的安装孔，印制板上安装有控制单元，所述控制单元与待测器件的电压采集器电连接。即本发明的验证装置采用统一的PCB布局和统一的振动工装方法，使不同封装形式的器件的力学试验状态基本一致，使各种器件组装工艺验证的结果具有了对比性。避免了同一种器件进行多次工艺验证导致的效率低、成本高的问题，能够应用于所有表贴器件组装的可靠性验证，具有较强的普适性。

Description

一种表贴器件组装的可靠性验证装置及方法
技术领域
本发明属于电子元器件安全可靠性技术领域，涉及一种表贴器件组装的可靠性验证装置及方法。
背景技术
针对表贴器件组装可靠性验证的工艺方法，ECSS-Q-ST-70-38C《High-reliability soldering for surface-mount and mixed technology》和QJ3086A《表面和混合安装印制电路板组装件的高可靠性焊接》均明确了元器件组装可靠性验证的工艺条件，但对元器件的组装形式和组装结构并无统一的考核标准和规范。
目前，大多元器件生产厂家的设计重点仅停留在满足电气功能等设计层面，管壳封装设计采用的是对标复制塑封器件封装的方式，且器件采用陶瓷材料替换塑封材料后基本没有考虑后续组装工艺的可靠性问题。且各元器件生产厂家的品控重点仅停留在器件级的可靠性层面，对于板级组装的可靠性并未做深入的研究。
另外，针对器件组装的可靠性验证问题，器件使用的验证方法通常是：将器件组装在特定的产品上，在随整机做例式试验验证元器件电气性能的同时，对组装可靠性进行验证。该验证方法需要设计和生产完整的产品进行验证，成本较高，且因为各产品的结构不同，服役环境也不同，因此在产品上验证不能保证器件组装可靠性验证的有效性和普适性，组装工艺验证的结果也没有可对比性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，表贴器件组装可靠性验证方法的有效性和普适性较低的缺点，提供一种表贴器件组装可靠性验证的工艺方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种表贴器件组装的可靠性验证装置，包括一个振动工装组件，振动工装组件与外接的振动台连接，振动工装组件上安装有印制板，印制板上开设有与待测器件连接的安装孔，印制板上安装有控制单元，所述控制单元与待测器件的电压采集器电连接。
优选地，所述印制板分为若干个区域，每个区域上均开设有安装孔，并通过安装孔连接一个待测器件。
优选地，所述振动工装组件上安装有若干个印制板。
优选地，所述印制板上设有若干个与待测器件电连接的阻容。
优选地，所述振动工装组件为框架式结构。
优选地，所述振动工装组件包括安装面板；印制板螺纹连接在安装面板上。
优选地，所述印制板为单面板、双面板或多层线路板。
优选地，所述振动工装组件与外接的振动台刚性连接。
优选地，所述控制单元为单片机。
一种表贴器件组装的可靠性验证方法，将振动工装组件固定安装在振动台上，将印制板安装在振动工装组件上，同时将印制单元上的控制单元与待测器件的电压采集器电连接；开始工作后，利用安装有待测器件的装置进行温度应力试验和机械应力试验，当待测器件的引线出现问题时，电压采集器采集的电压数据出现偏差，控制单元接收到电压采集器的数据偏差响应，并判断待测器件的问题引线位置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种表贴器件组装的可靠性验证装置，包括一个振动工装组件，振动工装组件与外接的振动台连接，振动工装组件上安装有印制板，印制板上开设有与待测器件的安装孔，印制板上安装有控制单元，所述控制单元与待测器件的电压采集器电连接。即本发明的验证装置采用统一的PCB布局和统一的振动工装方法，使不同封装形式的器件的力学试验状态基本一致，使各种器件组装工艺验证的结果具有了对比性。本发明避免了同一种器件进行多次工艺验证导致的效率低、成本高的问题，预计使用本发明装置进行的每次验证可节省平台搭建费用万元以上。本发明装置能够应用于所有表贴器件组装的可靠性验证，具有较强的普适性。
进一步地，振动工装组件上安装有若干个印制板，同时印制板也可以分为若干个区域，能够同时对多个器件进行检测，提高检测效率。
进一步地，印制板上设有若干个与待测器件电连接的阻容，以便后期进行金相分析，并作为工艺参数的参考。
进一步地，框架式结构能够保证印制板上各区域振动响应的量级趋于一致；便于振动试验时传感器的安装；另一方面，框架式结构便于振动时的多层叠装，从而显著提高振动试验效率。
本发明还公开了一种表贴器件组装的可靠性验证方法，首先将振动工装组件固定安装在振动台上，将印制板安装在振动工装组件上，同时将印制单元上的控制单元与待测器件的电压采集器电连接；开始工作后，利用安装有待测器件的装置进行温度应力试验和机械应力试验，当待测器件的引线出现问题时，电压采集器采集的电压数据出现偏差，控制单元接收到电压采集器的数据偏差响应，并判断待测器件的问题引线位置。本发明方法避免了因为产品应用领域不同，试验验证的PCB和振动工装不同，导致做抗力学试验时器件的状态不一致，器件工艺验证的结果没有可对比性的问题，从而解决了器件随产品验证的成本高和效率低的问题。
附图说明
图1为印制板布局示意图；
图2为印制板安装孔位置示意图；
图3为振动工装示意图；
图4为应用实例的器件尺寸图；
图5为应用实例的印制板布局布线图；
图6为应用实例的原理示意图；
图7为应用实例的组装实施图；
图8为实施例2中的单片机I/O口控制ADG506的通路选择逻辑图；
图9为PCB的设计，其中(a)为PCB端焊盘设计，(b)为相应的待测器件的设计。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，包括一个振动工装组件，振动工装组件与外接的振动台连接，振动工装组件上安装有印制板，印制板上开设有与待测器件的安装孔，印制板上安装有控制单元，所述控制单元与待测器件的电压采集器电连接。
振动工装组件的结构如图3所示，在开放式的框架结构上均分的进行区域划分；框架式结构能够保证印制板上各区域振动响应的量级趋于一致；便于振动试验时传感器的安装；另一方面，框架式结构便于振动时的多层叠装，从而显著提高振动试验效率。振动工装组件上开设有螺纹孔，如图2所示，通过螺纹孔将印制板安装在振动工装组件上，形成印制板组装件；印制板的结构如图1所示，工作时，一般将器件平均安装在印制板上划分的各区域的中间位置。
实施例2
如图4所示，针对封装形式为LCC28(Leadless Chip Carrier)的器件进行了组装工艺验证。该器件由于是陶瓷本体，焊料和PCB的FR-4材料的CTE(热膨胀系数)不一致，在经历温度循环时，焊点在周期性热应力作用下将产生变形，塑性形变的积累将在焊点上产生初始裂纹及裂纹扩展，最终导致焊点热疲劳失效，属于组装可靠性风险较大的器件。为了验证LCC28器件的组装工艺可靠性，结合器件的电气性能，进行布局布线，旨在对验证器件的每个I/O口进行测试，如图5所示。按ADG506器件的实际应用及方便走线的原则，将所有ADG506的通道引脚均接到基准采样电压上。同时设计一个可编程单片机，安装在验证版右侧的单排圆孔上，由单片机程序对所有的ADG506器件进行I/O控制，遍历所有器件引线，焊接完成后进行组装，组装后的实施图如图7所示。组装后进行温度应力试验和机械应力试验。
本实施例的试验结论为：印制板组装件在完成180个温循后，有部分器件的I/O电性能失效，但焊点未出现贯穿性裂纹。印制板组装件在完成200个温循后，部分焊点可见贯穿性裂纹。该试验验证结果表明：LCC28器件在该组装状态下的焊点寿命为180个温循。
本发明装置的工作原理为：
若器件中的某一引线出现问题，会导致采集电压器采集的电压数值出现偏差，控制单元中会自动判断问题器件的问题引线，从而快速定位，原理图如图6所示。
以本实施例为基础进行原理说明，通过单片机的I/O口控制ADG506的通路选择，ADG506为16路通道选择器，选择逻辑如图8所示，每个ADG506通过复用的4根地址线及单独自身的一个EN使能信号与单片机的I/O口相连，当单片机软件控制与此ADG506的EN相连的I/O口输出为1时，此ADG506可以开始工作，四个地址线依次变化控制选通16路模拟开关进行通路选择，选通后每路模拟量通过单片机AD接口进行采集，采集值与预期值对比后，可以得知经过此ADG506的信号是否正常，验证引线是否与印制板接触良好。此器件采集结束后，单片机控制下一个ADG506的EN信号，来验证下一个ADG506。
若器件内部器件已经进行短连，PCB布线设计可以根据器件短连情况，将未连接的器件引线的对应PCB焊盘输出端短连，最终组装后将PCB的输出端和器件引线端形成一条完整的链条。该链条的阻值大小作为验证结果是否通过的判定标准。若有焊点开裂，则阻值会变大。如图9所示，从上图可以看出，当器件组装在PCB上后，PCB上的1点和8点会形成一条完整的通路，阻值近似为0Ω。当PCB上某个焊点出现开裂后，1点和8点会出现开路，阻值会变大。进一步，通过测试1点到8点之间的阻值，最终确定哪个点的焊点失效。
此外，本发明已成功应用于国产元器件的组装工艺验证领域中。针对不同封装形式的器件，根据器件尺寸和电性能参数调整PCB布线，上述组装可靠性验证工艺方法能够基本覆盖所有元器件的可靠性验证要求，具有较强的普适性。
需要说明的是，上述实施例选用的单片机上集成了STM32F103最小系统，包括内核ARM 32位的CortexTM-M3 CPU，最高72M工作频率，且配有高速I/O口。本领域技术人员可基于本发明的理论，根据需要检测的器件，选择合适的控制单元和不同结构的振动工装组件。
综上所述，本发明大幅度提高了国产表贴器件组装可靠性验证的有效性，各封装元器件在统一的验证平台上验证，验证结果具有权威性和对比性，对产品的元器件选型有较强的指导意义。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，包括一个振动工装组件，振动工装组件与外接的振动台连接，振动工装组件上安装有印制板，印制板上开设有与待测器件连接的安装孔，印制板上安装有控制单元，所述控制单元与待测器件的电压采集器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述印制板分为若干个区域，每个区域上均开设有安装孔，并通过安装孔连接一个待测器件。
3.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述振动工装组件上安装有若干个印制板。
4.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述印制板上设有若干个与待测器件电连接的阻容。
5.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述振动工装组件为框架式结构。
6.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述振动工装组件包括安装面板；印制板螺纹连接在安装面板上。
7.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述印制板为单面板、双面板或多层线路板。
8.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述振动工装组件与外接的振动台刚性连接。
9.根据权利要求1所述的一种表贴器件组装的可靠性验证装置，其特征在于，所述控制单元为单片机。
10.一种表贴器件组装的可靠性验证方法，其特征在于，将振动工装组件固定安装在振动台上，将印制板安装在振动工装组件上，同时将印制单元上的控制单元与待测器件的电压采集器电连接；开始工作后，利用安装有待测器件的装置进行温度应力试验和机械应力试验，当待测器件的引线出现问题时，电压采集器采集的电压数据出现偏差，控制单元接收到电压采集器的数据偏差响应，并判断待测器件的问题引线位置。
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