电子产品中的热循环故障

每次设备开关时，其温度都会发生变化。(想想你的手机一天亮了多少次就知道了。)能量流经几层紧密堆叠的材料，使设备升温，然后迅速冷却。这种温度之间的反复振荡在一个设备的生命周期被称为热循环。

为什么热管理很重要

是什么让组件对热循环敏感?

元件对热循环敏感的原因有几个，包括元件放置在电路板上的位置和元件的类型，例如四平无铅(QFN)封装、球栅阵列(bga)和陶瓷电容器。这些组件没有兼容的引线，因此只有焊料可用来吸收应变。

对于应变敏感元件，重要的是不要将它们放置在电路板上的高应变区域，例如:

• 近安装孔
• 较大的刚性元件(如电感器)之间或附近的区域
• 在v形刻痕板边缘附近，v形刻痕的断裂可能会损坏零件

QFN放置示例

在图2中，QFN被放置在印刷电路板(PCB)上的两个大型电感器之间，有四个角。在热循环过程中，您可以看到出现的高应变区域(用红色和黄色表示)。将QFN放置在由此产生的高应变区域可能导致QFN的焊点失效。

电子器件中的焊料应变

焊接是在电路板上连接元件的最基本方法之一。就像金属热熔胶一样，焊料是熔化的，在变硬的过程中用来把碎片粘在一起。虽然振动或冲击可能导致焊料退化，但热循环是焊点失效的最常见原因。

每种材料都有独特的热膨胀系数(CTE)，材料之间的热膨胀系数不匹配是导致焊料疲劳的主要原因。当焊料被拉伸时，组件和电路板之间的键会变形、破裂或断裂，从而导致故障风险。

阅读我们的博客了解更多关于焊点失效的5大原因。

加速热循环寿命试验

电路板上的所有东西都不是纯电的。通常用于继电的分层材料深埋在电路板内部，无法从顶部或底部观察到。当电流通过它们时，它们会变大、收缩和变形。预测这些组件对热循环的反应对于精确的寿命测试至关重要。

理想情况下，为了防止热疲劳引起的故障，工程师应该在设计阶段减少热应力源。通过模拟，他们可以看到应力将发生在哪里，并在制作物理原型之前更改材料层和约束的数量、组件的位置和材料的下填充。

当使用模拟测试热机械可靠性风险时，重要的是使用具有有限元分析(FEA)或结构分析功能的软件。FEA是物理系统的数学表示，它使用网格将元素映射到模型上。网格划分技术对于精确的分析是非常重要的。

了解更多关于有限元网格划分。

设计经久耐用的电子产品

了解热机械可靠性风险是设计电子设备的关键步骤。温度循环是电子设备故障的主要原因之一，在设计设备时不考虑这种风险可能会导致现场意外的产品故障。使用仿真是工程师可以采取的重要的第一步，以消除冗长的设计周期和减少多次原型迭代。

通过观看此按需网络研讨会，了解有关组件级可靠性、板级可靠性和影响可靠性的系统级交互的更多信息:如何预测电子产品的热循环失效