產(chǎn)品列表PRODUCTS LIST
IC 芯片、集成芯片模組、PCB 印制電路板是電子整機(jī)設(shè)備的核心載體，廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、工控儀器、車載電子、光電設(shè)備、消費(fèi)數(shù)碼等諸多領(lǐng)域。電路板上貼片 IC、BGA 芯片、電阻電容、連接器依靠微小焊點(diǎn)完成固定，產(chǎn)品在運(yùn)輸、設(shè)備運(yùn)行、車載工作過(guò)程中持續(xù)承受振動(dòng)應(yīng)力，長(zhǎng)期作用下容易產(chǎn)生焊點(diǎn)微裂紋、元件偏移、線路暗裂等隱性問(wèn)題。掃頻振動(dòng)測(cè)試臺(tái)作為電子元器件力學(xué)可靠性驗(yàn)證的常規(guī)試驗(yàn)設(shè)備，能夠按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成全頻段掃頻試驗(yàn)，查找產(chǎn)品固有共振頻率，提前識(shí)別結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)位。本文圍繞 IC 芯片、芯片模組、PCB 電路板的振動(dòng)失效現(xiàn)象，介紹掃頻電磁振動(dòng)臺(tái)的設(shè)備結(jié)構(gòu)、掃頻測(cè)試原理、設(shè)備適配設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)流程與行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，為電子制造企業(yè)研發(fā)驗(yàn)證、來(lái)料檢測(cè)、成品抽檢提供技術(shù)參考。
一、行業(yè)概述：電路板與 IC 芯片開(kāi)展掃頻振動(dòng)測(cè)試的必要性
各類電子產(chǎn)品內(nèi)部均搭載 PCB 基板，板載主控 IC、存儲(chǔ)芯片、功率芯片、集成芯片模組等元器件。芯片普遍采用 BGA、QFN 貼片工藝，焊點(diǎn)尺寸微小，電路板板材輕薄，各類貼片元件粘接面積有限。產(chǎn)品從元器件出廠、整機(jī)裝配、物流運(yùn)輸，到終端設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行，都會(huì)持續(xù)受到不同頻率、不同方向的振動(dòng)作用。
當(dāng)外部振動(dòng)頻率與電路板、芯片模組的固有頻率重合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振效應(yīng)，短時(shí)間放大結(jié)構(gòu)應(yīng)力，加速焊點(diǎn)疲勞、線路損傷。這類共振帶來(lái)的缺陷大多無(wú)法通過(guò)外觀檢查識(shí)別，產(chǎn)品流入市場(chǎng)后易出現(xiàn)讀寫(xiě)異常、信號(hào)中斷、設(shè)備無(wú)法開(kāi)機(jī)等故障，增加企業(yè)售后處理成本。
依照 GB/T 2423.10、IEC 60068-2-6 等通用電子環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，電子元器件、PCB 電路板在新品研發(fā)、批量生產(chǎn)階段均需要完成正弦掃頻振動(dòng)試驗(yàn)。掃頻振動(dòng)測(cè)試臺(tái)可覆蓋寬頻率區(qū)間勻速掃頻，自動(dòng)定位產(chǎn)品共振點(diǎn)，是電子行業(yè)實(shí)驗(yàn)室、質(zhì)檢車間常用的力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備。
二、IC 芯片、芯片模組、PCB 電路板常見(jiàn)振動(dòng)失效表現(xiàn)
結(jié)合電子制造企業(yè)試驗(yàn)室測(cè)試記錄與第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)失效分析案例，振動(dòng)與共振工況下電路板及芯片常見(jiàn)故障分為以下幾類：
IC 芯片 BGA 焊點(diǎn)出現(xiàn)損傷
主控 IC、存儲(chǔ)芯片、電源芯片底部 BGA 錫球在共振持續(xù)應(yīng)力下產(chǎn)生微裂紋、虛焊空洞，芯片信號(hào)通道接觸電阻出現(xiàn)波動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)信號(hào)丟包、功能間歇性失效。
PCB 印制線路隱性斷裂
輕薄電路板在共振作用下發(fā)生小幅往復(fù)形變，板材內(nèi)部銅箔走線出現(xiàn)暗裂、板層剝離，電路導(dǎo)通狀態(tài)不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)設(shè)備直接斷電、無(wú)法識(shí)別元器件。
貼片小型元件移位脫落
電路板上晶振、微型電容、電阻體積較小，粘接區(qū)域有限，共振環(huán)境下容易出現(xiàn)偏移、脫落，造成供電異常、信號(hào)時(shí)序紊亂，整機(jī)功能異常。
芯片模組連接器接觸不良
集成芯片模組依靠排針、板對(duì)板連接器實(shí)現(xiàn)信號(hào)互通，持續(xù)振動(dòng)會(huì)讓連接器金手指產(chǎn)生間隙，出現(xiàn)瞬時(shí)信號(hào)斷連，引發(fā)設(shè)備藍(lán)屏、數(shù)據(jù)傳輸中斷。
模組外殼與固定結(jié)構(gòu)松動(dòng)
一體化封裝芯片模組的卡扣、固定螺絲在長(zhǎng)期共振下出現(xiàn)松脫，模組整體位移拉扯板載線路，間接誘發(fā)線路撕裂、芯片引腳受損。
三、掃頻電磁振動(dòng)測(cè)試臺(tái)基礎(chǔ)工作原理
本次介紹的掃頻振動(dòng)測(cè)試臺(tái)采用永磁電磁激振結(jié)構(gòu)，整套設(shè)備由控制主機(jī)、功率放大器、三軸激振單元、測(cè)試臺(tái)面、加速度反饋傳感器構(gòu)成。設(shè)備內(nèi)部永磁體形成穩(wěn)定磁場(chǎng)，控制系統(tǒng)輸出可控交變電流輸送至動(dòng)圈，依靠電磁作用力帶動(dòng)臺(tái)面產(chǎn)生穩(wěn)定正弦振動(dòng)，全程無(wú)偏心輪、齒輪等機(jī)械摩擦部件。
設(shè)備支持 X、Y、Z 三個(gè)方向獨(dú)立激振，可選擇單軸掃頻、雙軸同步掃頻、三軸同步復(fù)合掃頻多種運(yùn)行模式。臺(tái)面搭載高精度壓電傳感器，實(shí)時(shí)采集振動(dòng)加速度、頻率、位移數(shù)據(jù)回傳控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)實(shí)時(shí)校正輸出波形，控制波形偏差維持在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)。
設(shè)備配套控制軟件內(nèi)置自動(dòng)掃頻程序，可設(shè)置起始頻率、終止頻率、掃頻速率、加速度幅值，按照線性或?qū)?shù)模式勻速完成全頻段掃頻，系統(tǒng)同步記錄每一段頻率下產(chǎn)品的振動(dòng)反饋，標(biāo)記共振頻率點(diǎn)位，便于試驗(yàn)人員整理分析。激振器外層增設(shè)導(dǎo)磁屏蔽結(jié)構(gòu)，降低雜散磁場(chǎng)向外擴(kuò)散，減少電磁信號(hào)對(duì) IC 芯片、電路板信號(hào)傳輸?shù)母蓴_。
四、適配 IC 芯片、芯片模組、PCB 電路板的設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)
針對(duì)電路板、精密半導(dǎo)體元器件的產(chǎn)品特性，該款掃頻振動(dòng)測(cè)試臺(tái)在結(jié)構(gòu)、工裝、控制系統(tǒng)層面做了針對(duì)性優(yōu)化：
4.1 低靜電、無(wú)塵運(yùn)行結(jié)構(gòu)
設(shè)備依靠純電磁驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)力，運(yùn)行過(guò)程不存在金屬、橡膠部件相互摩擦，不會(huì)產(chǎn)生粉塵碎屑；整機(jī)金屬框架可靠接地，動(dòng)圈表層噴涂防靜電涂層，減少靜電積聚。設(shè)備可放置于電子車間、半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室使用，降低粉塵吸附芯片引腳、靜電影響 IC 芯片電路運(yùn)行的概率，減少試驗(yàn)過(guò)程對(duì)樣品造成額外影響。
4.2 寬頻率區(qū)間覆蓋掃頻需求
設(shè)備常規(guī)工作頻率區(qū)間覆蓋 5Hz 至 5000Hz，可完整覆蓋電子元器件各類使用場(chǎng)景振動(dòng)頻段。低頻區(qū)間模擬物流運(yùn)輸、人工搬運(yùn)顛簸；中頻段用于查找 PCB 基板、芯片模組共振點(diǎn)位；高頻區(qū)間適配通信射頻 IC、微型傳感芯片高頻工況驗(yàn)證。設(shè)備加速度輸出范圍可匹配消費(fèi)電子、工控、車載等不同品類電路板的試驗(yàn)規(guī)范。
4.3 標(biāo)準(zhǔn)化臺(tái)面搭配電子件專用工裝
測(cè)試臺(tái)面選用高平面度鋁合金板材，板面均勻預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)安裝螺孔，可搭配多款定制工裝夾具。夾具適配單塊 PCB 裸板、多聯(lián)電路板、各類尺寸 IC 芯片托盤(pán)、一體化芯片模組固定支架，單次臺(tái)面可放置多組電路板與芯片樣品同步開(kāi)展掃頻試驗(yàn)，適配研發(fā)多組對(duì)照測(cè)試、產(chǎn)線批量抽檢需求，提升檢測(cè)工作效率。
4.4 內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)化正弦掃頻程序模板
配套工業(yè)控制軟件預(yù)設(shè)多套匹配電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦掃頻試驗(yàn)?zāi)０澹囼?yàn)人員可直接調(diào)用模板修改參數(shù)，也可自定義編輯、儲(chǔ)存多組專屬試驗(yàn)方案。系統(tǒng)完整記錄試驗(yàn)全程頻率、加速度、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、共振點(diǎn)位等數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)束后可導(dǎo)出完整數(shù)據(jù)文檔，數(shù)據(jù)格式符合第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)報(bào)告歸檔規(guī)范。
4.5 支持復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)拓展
設(shè)備預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)化通訊對(duì)接端口，可和可程式高低溫試驗(yàn)箱聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)溫度環(huán)境與三軸掃頻振動(dòng)同步施加的復(fù)合試驗(yàn)條件，模擬車載、戶外工控設(shè)備高低溫溫差疊加持續(xù)振動(dòng)的工況，滿足工業(yè)級(jí)、車規(guī)級(jí)電路板與 IC 芯片完整可靠性驗(yàn)證需求。
五、電路板與 IC 芯片常規(guī)正弦掃頻振動(dòng)試驗(yàn)流程及試驗(yàn)?zāi)康?/p>
5.1 試驗(yàn)前期準(zhǔn)備
將待測(cè) PCB 電路板、IC 芯片模組固定于專用工裝，安裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面；連接控制設(shè)備，在軟件內(nèi)錄入樣品信息，選定對(duì)應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的掃頻程序，設(shè)置頻率范圍、掃頻速度、加速度參數(shù)。
5.2 全頻段勻速正弦掃頻測(cè)試
設(shè)備按照設(shè)定速率，從低頻到高頻完成完整區(qū)間掃頻，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臺(tái)面振動(dòng)狀態(tài)與樣品共振反饋，自動(dòng)記錄所有共振頻率點(diǎn)。
試驗(yàn)核心目的：定位 PCB 基板、IC 芯片、芯片模組的固有共振頻率，核查基板結(jié)構(gòu)剛性、芯片焊點(diǎn)牢固程度、貼片元件粘接強(qiáng)度，識(shí)別產(chǎn)品結(jié)構(gòu)薄弱區(qū)域，為 PCB 布局優(yōu)化、芯片封裝工藝、模組固定方案調(diào)整提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支撐。
5.3 共振點(diǎn)位定頻耐久驗(yàn)證
掃頻完成后調(diào)取記錄的共振頻率，設(shè)置長(zhǎng)時(shí)間定頻振動(dòng)，放大共振應(yīng)力帶來(lái)的結(jié)構(gòu)缺陷，適用于新品研發(fā)階段加速老化驗(yàn)證。在可控試驗(yàn)周期內(nèi)顯現(xiàn)焊點(diǎn)疲勞、線路微裂、元件松動(dòng)等短期掃頻難以顯現(xiàn)的故障，縮短產(chǎn)品研發(fā)迭代周期。
5.4 多方向重復(fù)掃頻
依次完成 X、Y、Z 三個(gè)軸向的獨(dú)立掃頻試驗(yàn)，對(duì)比不同方向下的共振點(diǎn)位變化，綜合評(píng)估電路板、芯片模組多維度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，彌補(bǔ)單軸掃頻測(cè)試覆蓋不全的問(wèn)題。
六、設(shè)備主流應(yīng)用場(chǎng)景
電子企業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室
新款 PCB 電路板、自研 IC 芯片、一體化芯片模組樣品驗(yàn)證，PCB 布線、芯片貼片工藝優(yōu)化，樣品失效機(jī)理分析，排查產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝存在的結(jié)構(gòu)隱患。
電子廠來(lái)料與成品質(zhì)檢車間
IC 芯片來(lái)料抽樣檢測(cè)、電路板半成品抽檢、整機(jī)配套芯片模組成品掃頻篩查，篩選結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)的樣品，管控產(chǎn)品出廠品質(zhì)，減少終端設(shè)備故障反饋。
第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)
依據(jù)國(guó)內(nèi)國(guó)標(biāo)、國(guó)際電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)承接電路板、IC 芯片、芯片模組委托可靠性檢測(cè)，輸出完整合規(guī)試驗(yàn)報(bào)告，協(xié)助企業(yè)完成產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入相關(guān)資質(zhì)審核。
工控、車載、通信終端廠商
對(duì)采購(gòu)入庫(kù)的配套電路板、主控 IC、信號(hào)芯片開(kāi)展入廠可靠性驗(yàn)證，把控上游元器件品質(zhì)，保障整機(jī)設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
光電、傳感設(shè)備科研實(shí)驗(yàn)室
微型傳感 IC、光電芯片模組、精密信號(hào)電路板掃頻共振測(cè)試，匹配光學(xué)精密設(shè)備低干擾、高精度試驗(yàn)要求。
七、掃頻振動(dòng)測(cè)試臺(tái)用于 IC 與 PCB 檢測(cè)的應(yīng)用價(jià)值
提前識(shí)別共振帶來(lái)的隱性質(zhì)量隱患
通過(guò)全頻段正弦掃頻精準(zhǔn)定位產(chǎn)品共振區(qū)間，在元器件、電路板出廠前完成結(jié)構(gòu)可靠性篩查，減少產(chǎn)品流向市場(chǎng)后出現(xiàn)間歇性故障的概率，優(yōu)化企業(yè)售后成本管控。
為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工藝優(yōu)化提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支撐
試驗(yàn)記錄的共振頻率、振動(dòng)耐受閾值等實(shí)測(cè)參數(shù)，可用于優(yōu)化 PCB 板材選型、IC 芯片排布方案、貼片焊接工藝、模組固定結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)品整體環(huán)境適應(yīng)能力，延長(zhǎng)設(shè)備正常使用周期。
試驗(yàn)流程匹配通用電子檢測(cè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)備輸出的試驗(yàn)流程、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)告格式符合國(guó)內(nèi)國(guó)標(biāo)、IEC 國(guó)際電子試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)可依托該設(shè)備完成產(chǎn)品認(rèn)證所需的全部正弦掃頻試驗(yàn)項(xiàng)目，簡(jiǎn)化產(chǎn)品資質(zhì)審核流程。
兼顧研發(fā)與量產(chǎn)多場(chǎng)景檢測(cè)需求
單臺(tái)設(shè)備可完成單軸、多軸正弦掃頻、共振耐久、溫振復(fù)合等多種試驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)適配研發(fā)階段少量樣品對(duì)照測(cè)試、生產(chǎn)車間大批量成品抽檢，覆蓋電子制造企業(yè)完整品質(zhì)管控流程。
八、結(jié)語(yǔ)
隨著 IC 芯片、集成芯片模組、PCB 電路板應(yīng)用場(chǎng)景持續(xù)拓寬，產(chǎn)品對(duì)各類振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)能力，已經(jīng)成為衡量電子元器件品質(zhì)的重要參考指標(biāo)。傳統(tǒng)簡(jiǎn)易振動(dòng)設(shè)備頻率覆蓋范圍有限，難以完整查找產(chǎn)品全頻段共振點(diǎn)位，無(wú)法充分暴露電路板與芯片內(nèi)部微小結(jié)構(gòu)缺陷。
正弦掃頻電磁振動(dòng)測(cè)試臺(tái)依托三軸同步激振、低電磁干擾、無(wú)塵防靜電、自動(dòng)化掃頻控制等設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能夠完整模擬電子產(chǎn)品運(yùn)輸、運(yùn)行過(guò)程中的寬頻振動(dòng)環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn)化完成正弦掃頻可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目。該設(shè)備覆蓋電子元器件研發(fā)、來(lái)料質(zhì)檢、成品檢測(cè)、第三方認(rèn)證等多個(gè)環(huán)節(jié)，為 IC 芯片、芯片模組、PCB 電路板的品質(zhì)管控、工藝迭代提供可靠的試驗(yàn)手段，助力電子制造行業(yè)提升產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性能。
