电子设备热循环故障

每次设备被关闭或打开时，其温度都会发生变化。(想想你的手机一天亮了多少次。)能量流过几层紧密堆叠的材料，导致器件升温，然后迅速冷却。这种在设备生命周期内温度之间的反复振荡称为热循环。

为什么热管理很重要

是什么使组件对热循环敏感?

器件对热循环敏感的原因有几个，包括器件放在电路板上的位置和器件的类型，如四平面无铅(QFN)封装、球栅阵列(BGAs)和陶瓷电容器。这些组件没有兼容的引线，因此只有焊料可以吸收应变。

对于应变敏感元件，重要的是不要将其放置在板上的高应变区域，例如:

• 安装孔附近
• 较大的刚性元件之间或附近的区域(如电感器)
• 靠近v型刻痕板边缘，此处v型刻痕断裂可能损坏零件

QFN安置举例

在图2中，一个QFN被放置在印刷电路板(PCB)上的两个大电感器之间，有四个角。在热循环事件中，您可以看到发展的高应变区域(用红色和黄色表示)。在高应变区域放置QFN可能导致QFN的焊点失效。

电子学中的焊料应变

焊接是将元件连接到电路板上的最基本方法之一。就像金属热胶一样，焊料熔化后在变硬时被用来粘在一起。虽然振动或冲击可以引起焊料退化，但热循环是焊点失效最常见的原因。

每种材料都有独特的热膨胀系数(CTE)，材料CTE之间的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、开裂或断裂，导致故障风险。

阅读我们的焊点故障的前5个原因博客了解更多。

加速热循环寿命测试

电路板上的所有东西都不是纯电子的。通常用于继电的分层材料深埋在电路板内，无法从顶部或底部观察到。当电流通过它们时，它们就会增大、缩小和变形。预测这些组件对热循环的反应对于准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失效，工程师应该在设计阶段减少热应力。通过模拟，他们可以看到应力发生的位置，并在物理原型制造之前改变材料层和约束的数量、组件的位置和材料底垫。

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

了解更多关于FEA网格。

设计耐用的电子产品

在设计电子设备时，了解热机械可靠性风险是一个关键步骤。温度循环是电子设备故障的主要原因之一，在设计设备时没有考虑到这一风险，可能会导致现场意外的产品故障。使用模拟是工程师可以采取的重要的第一步，以消除漫长的设计周期和减少多次原型迭代。

通过观看本次按需网络研讨会，了解更多关于组件级可靠性、单板级可靠性和影响可靠性的系统级交互的信息:如何预测电子设备的热循环故障