商用空调显示板贴片针座抗推力失效分析与研究

作者简介：陈明轩（1989—），男，助理工程师，主要研究方向：电子元器件失效分析。

0   引言

针座在生产过程中起到的是连接作用，通常可统一称之为连接器，一般的针座分为排针、手插针座、贴片针座，贴片针座相对于前两者具有体积小、可以通过设备贴装减少人力等相关优点，成为行业的趋势，本文主要讲述贴片针座在使用过程中的失效分析与整改。

1   研究背景

在复核售后商用机显示板过程中，发现多单显示板上电显示DH 故障, 按键无反应。排查均为按键板CN101 位置针座部分引脚已脱焊导致。取下针座注塑部分，查看底部针座焊接位置，部分针座已脱焊，轻微拨动单个针座，针座就已脱离。CN101 针座有碰动脱焊的隐患。故障图片如图1。

图1 贴片针座受力脱焊照片

2   贴片针座受力脱焊失效原因及失效机理分析

1）针座塑料件受力歪斜、脱焊失效，对应插接头

针座针芯不同程度弯曲、歪斜：售后在误拆卸手操器PCB 板时，主板未拆除前出现如图2 所示针座旋转受力拔出状态，CN101 针座即出现不同程度倾斜、脱焊故障。

图2 故障再现

2）CN101 针座未出现倾斜，多数针芯残留焊接在PCB 上，部分针芯随黑色塑料针座脱焊残留在针座内。抽取部分厂内成品，存在成品针座焊接附着力不足的情况。取合格品做针座的拉力实验，拉力在50~70 N，测试数据合格，满足生产和使用要求（如图3）。

①整个焊盘的拉力均在50~70 N。

②从生产线取贴片针座焊接后的推力在30 N以上。

③排针跟这个针座的咬合力要小于实验的拉力，从而可以判断针座焊盘受力脱焊不会是物料问题，排除物料来料制造缺陷导致。

④根据图纸要求尺寸，对针座进行全尺寸检验，均符合图纸要求。但售后仍有故障返回。

因此，分析为物料设计抗推力不足。

图3 测试针座和排针装配后的拉力

分析结论：根据以上实验情况以及对物料的全尺寸检验，说明物料设计存在缺陷，是抗受力能力较差导致。

3   贴片针座受力脱焊解决方案

方案一：加长引脚的长度，根据PCB 板上针座焊盘的长度来改善针座引脚长度，由4.3 mm 改到4.5 mm，增加上锡面积（如图4）。

图4 增加引脚长度方案图

效果验证如下。

测试推力照片如图5。

图5 推力计显示值

测试推力数据：在26~63 N 之间（如表1）。

焊盘脱落照片如图6。

图6 测试推力后焊盘脱焊照片

综上：引脚加长制品整改对针对整个针座抗推力无明显改善。

方案二：在整体大小不变的情况下增加引脚数量，由4 排引脚增加到7 排引脚（如图7）。

图7 增加引脚方案

效果验证：

测试推力。

1）7 排引脚样品照片，焊接后未发现相邻引脚间有短路问题（如图8）。

图8 改善样品焊接后X—ray查看焊接效果

2）测试推力数据：85~138 N 之间，效果如表2。

焊盘脱落照片如图9。

综上：新制品（7 排引脚）针座推力明显远大于旧制品（4 排引脚）抗推力，此方案整改从实验数据上看是有效的，且焊接后未发现相邻引脚间存在短路问题，同时此整改已经完成并使用，售后未在反馈此类问题，彻底解决受力脱焊问题。

图9 测试推力后焊盘脱焊照片

4   结论

贴片针座小型化，对设计的要求相对较高，失效分析不能仅限于对现有结构进行分析，还要扩展思维，根据失效模式研究改善，通过引脚数量的增加，完全可以解决受力脱焊问题。

一般针座在日常的使用中，并不能像其它电子元器件一样得到很高的重视，但往往异常的出现都是隐秘性的、长期性的和关键性的。特别是目前的针座趋于小型化、多作用化，因此对可靠性的依靠就越来越高。另外，不仅要考虑针座的使用，也要考虑实际生产、安装、维修等受力情况，有针对性地进行实验验证，提高物料的可靠性很有必要。物料的可靠性不仅要求对引脚长短等结构进行研究分析，更要扩散思维，对针座的引脚排布、数量等研究，多方面入手就能找到突破点，提高针座的可靠性。故对于小型的针座可靠性进行失效分析很有必要。此次的分析研究也给类似故障提供参考经验。

参考文献：

[1] 杨溢.90度弯针连接器安装受力分析[J].空间电子技术,2015(6):95-98.

[2] 陈逵.电子元器件失效分析的常用技术手段及应用[J].大科技,2013(11): 305-306.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年2月期）