轻触开关在消费电子产品及医疗手持设备中有着非常广泛的运用。其功用需求经过机械方式牵动以接通电流信号。

本文针对轻触开关翘起失效问题进行了体系的剖析如应力测验剖析、有限元剖析、公役累积剖析、可装配性规划剖析、实验规划等，并给出了相应的解决计划。

轻触开关在消费电子产品及医疗手持设备中有着非常广泛的运用。其功用需求经过机械方式牵动以接通电流信号。在对轻触开关的失效进行工艺剖析和验证时不只触及到SMT工艺，还需求触及机械拼装工艺、测验及可靠性检测等多个方面，因而轻触开关的失效剖析具有很大的应战。从实践的失效剖析进程来看，焊点失效并不是仅有的原因，其背面还有很多的其它要素，所以需求运用到多种失效剖析的手法和办法。

本文针对轻触开关翘起失效问题进行了体系的剖析如应力测验剖析、有限元剖析、公役累积剖析、可装配性规划剖析、实验规划等，并给出了相应的解决计划。

问题描绘

在某医疗电子产品规划样机验证阶段发现有轻触开关翘起失效问题。不良现象是开关的焊脚与焊盘别离。虽然不良率只有0.2%，但未发生翘起的轻触开关焊点已经存在开裂现象，这是非常大的可靠性危险。

不良样品开始失效剖析

为了确定解决问题的方向，运用同一批次的物料做小批量生产，再现了故障现象。由此制定针对此问题的破坏性和非破坏性剖析与查验的计划。

2DX-光查看

X-光能有用查看出外壳包封的开关翘起不良问题。但细小的裂纹是无法查看出来的，需经过切片剖析。

光学检测

拆除外壳，取出PCBA，光学检测很容易发现显着翘起不良。但关于焊锡中的裂纹是很难查看出来的。

切片剖析

切片剖析对提醒裂纹失效的原理是非常有用的办法，裂纹分布从脚后跟开始向下延伸到脚尖。

在1500倍显微镜下对裂纹进行调查与剖析，机械冲击应力导致元件引脚从脚后跟开始与焊锡别离，随着应力的增加，裂纹从强度较弱的IMC层开始发生。

轻触开关翘起和焊点开裂原因剖析

依据切片剖析成果，与机械应力相关的要素就成为了故障失效剖析的重要方向。鱼骨图有助于找出导致机械应力的各种潜在要素，然后逐一进行测验验证。

拼装工序进程中较大应力的假设验证

在各拼装工序中，咱们对四个最有或许发生较大机械应力的工位进行了应力测验。这四个工位别离是：分板工位、热熔焊接工位、外壳拼装工位和最终测验工位。

应力片贴在轻触开关方位，目的是得到轻触开关方位在拼装时的最大应力。测验发现发生最大瞬间应力是在分板工位，最大应力值为810ue。

参照IPC-9704A的标准，分板进程中发生的最大应力处于可接受的范围。但还是有削减应力峰值的空间，因而，需求安排进一步的假设查验和验证测验。

引脚焊点脆化的假设验证

推力测验

取一个合格的样品进行推力测验，以检测元件从焊盘上脱落时的最大推力值。一般效果于开关上的操作压力最大为15牛顿，推力测验成果标明均匀剥离值为72牛顿，远远超过元件标准书上标称的29.4牛顿的极限值，标明开关焊接效要良好。

轻触开关引脚镀层检测

轻触开关元件脚材料是外表镀银的磷青铜，外表镀银可增强基底金属的可焊性。然而过厚的镀银会导致焊点脆化。对SMT元件而言，银镀层厚度范围一般从0.2微米到0.4微米。进行X射线荧光检测（XRF）时，参照ASTMB5681998(2004)的标准，在所有检测区域的银厚度是均匀的（0.3微米）。因而轻触开关元件脚材料不是元件翘起和焊点开裂的原因。

元件引脚可焊性测验

因为银镀层容易与空气中的硫反响而变色，或许下降材料的可焊性，所以需求对引脚的可焊性进行查看。经过测验发现样品的可焊性良好。因而，轻触开关引脚的可焊性也不是翘起和焊点开裂的原因。

分板应力

分板进程中发生的应力能够经过对刀具和夹具进行优化而下降，可是效果非常有限。对PCB拼板规划进行优化也有或许大幅度地下降分板进程中发生的应。PCB拼板不同的衔接方位对元件在分板时所受的应力有很大的影响，新的拼板规划改动了衔接点的方位。经过改进规划，有限元FEA剖析成果预测应力削减了47%，这也将会大大下降轻触开关翘起和焊点开裂的危险。

干与剖析

干与是发生机械应力危险最大的要素。因而，针对轻触开关的相关结构部件进行了DFA剖析，并经过有限元FEA剖析对不同的规划计划进行模仿比较，以确定下降机械应力的优化计划。经过剖析，DFA剖析人员发现原有规划存在过度机械应力的潜在问题。因为没有恰当的极限停止方位的设置，轻触开关存在0.25mm的过压间隔，这为过度机械应力的发生供给了或许。DFA剖析人员经过与规划人员进行讨论确定了三种解决计划：

将轻触开关处的PCB边际向外延伸

在背光板壳体处加筋

轻触开关贴装方位向板内移动

对无限位和有限位的规划别离做了有限元剖析，有限位的位移削减了29%，剪切应力削减了20%。限位吸收了开关触发进程中效果于引脚焊点上的大部分应力。这也证明了增加限位的必要性。

定位脚与定位孔的公役配合

轻触开关的定位脚与PCB定位孔之间如有干与将会对其SMT贴装工序发生影响，如果其公役配合临界，将会有必定的机械应力危险。经过对轻触开关的定位脚和PCB定位孔的公役累积剖析，计算出定位脚与定位孔之间的最小空隙为-0.063mm，也便是存在细微干与。因而，在SMT贴装进程中存在轻触开关的定位脚不能很好地刺进PCB定位孔的危险。严峻的不良情况，在回流焊接前会被目视查看位发现。细微的不良将会遗失到后道工序，并发生必定的机械应力。依据均方根之和（RootSquareSum）剖析法预测，该不良率为7153PPM。

主张将PCB定位孔尺度和公役从0.7mm+/-0.05mm修改为0.8mm+/-0.05mm。针对优化计划再次进行公役累计剖析。成果标明定位柱与定位孔之间的最小空隙为+0.037mm，干与的危险也就消除了。

器材结构

对现在运用的轻触开关的结构进行剖析，发现元件的两个焊接引脚是悬空的，它同PCB焊盘之间有60um的空隙，这对SMT焊接工艺提出了应战，需求考虑阶梯钢网的运用。经过同供货商和规划工程师的交流，发现别的一种类型的4引脚的轻触开关能够考虑。4引脚轻触开关的引脚同焊盘之间没有任何空隙，采用一般钢网就能够满足SMT工艺要求，并且4引脚轻触开关对机械应力的承受才能更强。因而，该类型的轻触开关被引进到后续的试运行中进行了验证。

机械应力改进验证与成果

依据潜在要素验证剖析的成果，需求对分板进程中的过应力，机械干与，定位脚与定位孔的公役配合以及器材结构这四个方面进行改进验证。在试运行中，为了有用地查看出开关翘起的缺点，规划了一组专用的推力测验夹具。夹具在每个轻触开关的方位均安装有电气控制的推力装置，推力装置能够继续发生15牛顿的推力并坚持2秒钟的时刻。

增大PCB定位孔尺度

PCB的引脚定位孔尺度增大到0.8mm，提高了贴片的稳定性。回流后发现旧的PCB和新的PCB有显着的不同。新PCB的轻触开关引脚的垫高显着下降了很多，并且相关于旧PCB，因焊点导致的轻触开关整体歪斜削减了很多，这样触发时的效果力就能够垂直地效果于轻触开关的按钮上，削减了对焊盘的剪切效果。

在运用专用推力测验夹具测验的进程中没有发现任何轻触开关剥离和翘起。可是在完结拼装再拆开验证时还是发现了轻触开关剥离和翘起的不良。

改动轻触开关贴装方位（内移）

依据DFA剖析成果和推荐计划，轻触开关的贴装方位向内移动移动150um，使PCB边际充任限位特征来避免轻触开关过压的发生。运用专用推力测验夹具测验的成果是没有任何开关翘起或剥离的不良。经过拼装后再拆开也没有发现任何开关起翘不良。

新旧轻触开关的比较

旧的两引脚的轻触开关因为引脚的悬空高度是60um,因而运用了阶梯钢网。新的四引脚轻触开关的引脚没有悬空，采用一般的钢网。切片剖析数据标明四引脚新计划的焊后均匀垫高为3.25mil比两引脚旧计划的焊后均匀垫高4.35mil要低一些。在运用专用推力测验夹具测验的进程中新开关的计划没有发现任何轻触开关剥离和翘起的不良。在完结拼装后的拆开验证时也没有发现任何不良。

拼板计划和分板夹具改进

经过有限元FEA模仿优化后的主张，拼板的衔接方位远离开关，分板夹具也随之优化。运用专用推力测验夹具测验，没有发现任何轻触开关剥离和翘起。在完结拼装后的拆开验证时也没有发现任何不良。

结论

本事例的研究标明应力测验剖析，有限元FEA剖析，公役累计TSA剖析和可制造性规划DFA剖析等一系列体系的剖析办法关于寻找根本原因的工程剖析中非常有用。轻触开关翘起和焊点开裂失效有以下影响要素：

无悬空的四引脚轻触开关比有60um悬空的两引脚轻触开关具有更高的抗机械应力的才能。

定位引脚与定位孔之间的公役累计与SMT贴片的稳定性和轻触开关机械应力的发生有必定的相关。

限位特征的设置对轻触开关的可靠性非常重要。

拼板规划中的衔接方位在分板时对元件的应力影响很大，在规划之初需求进行有限元剖析。在实践生产中要经过应力测验进行查验。