文章来源：SMT技术网

摘要：

    印制板组件广泛应用于航天机载平台，高振动量级对其可靠性和稳定性提出了巨大的挑战。由于印制板组件中的元器件受材料与结构的限制，很难采用机械方式加固，因此优选点胶加固方式。通过元器件点胶加固试验，探索了点胶加固方式的必要性、适用性和可靠性的问题，对元器件的防振加固提出了一些建议。

关键词: 印制板组件；点胶加固；防振

    航天机载产品工作环境恶劣，对产品的可靠性和稳定性要求较高［1］。其中随机振动是产品最常见的承受载荷，振动疲劳破坏是最常见的失效形式［2］。印制板组件由于材料及装配结构等的限制，成为防振加固的薄弱环节。

    印制板组件防振加固的方式很多，如螺钉固定、支撑安装、导线捆焊、点胶加固和灌封（可视为胶粘的特殊形式）等，如图1所示。

    由于组件尺寸小，器件密度大，设计时，往往未预留支撑架安装位和导线捆焊孔等的加固空间，因此胶粘成为实际抗振加固处理中酘常用的方式。点胶加固具有以下优点：

1)所需操作空间小，适用于印制板组件的狭小环境；

2)适用范围广，绝大部分印制板组件在耐温区间能满足使用要求，具有较长的使用寿命；

3)相较于机械加固，重量更轻。

a)螺钉固定  b)支撑安装  C)导线捆焊

d)点胶加固  e)灌封

图1元器件加固方式 

印制板组件点胶加固往往存在两个盲区：

1)常用的胶料有单组分硅橡胶GD-414、单组分硅酮3145RTV和双组分环氧胶AV138。实际使用时，要求流动性好的场合选用GD-414,要求流动性差的场合选用3145RTV,大体积大质量插装元器件选用AV138。胶料的选用并未参考产品的抗振量级。有经验的技术人员可能会考虑振动量级有侧重的选用，但无法回答点胶适用性和可靠性的问题。

2)现有的若干标准[3-5]可以较好地规范点胶工艺，但对于点胶加固的原则判定，缺乏有效指导，元器件加固的必要性依然让技术人员备受困扰。

    实际操作中，在整机可靠性振动试验前，除了贴装电阻电容，常常会对印制板组件产品上的其他元器件都点胶加固[6-7]如图2所示。这种粗放式的处理一则影响散热，二则可能因胶料老化产生多余物。

图2点胶实物

    本文旨在探索印制板组件进行点胶加固的必要性、适用性和可靠性问题，通过设计元器件验证板，依照常用的胶料和加固方式对各元器件点胶加固，进行一系列量级递增的振动试验，结合试验结果，分析给出印制板组件防振加固的建议。

1、点胶加固原则

    印制板组件采用点胶加固，应严格满足相关工艺规范要求，具体原则为：

1)单根引脚承力超过0.035N,或元器件直径＞13mm,或密度>4.9g/cm3,必须进行点胶加固；

2)点胶加固时机应根据设计要求选择电装检后加固，喷漆后加固或调试后加固；

3)点胶加固前，元器件的安装形态和导线位置应符合设计工艺要求；

4)点胶加固前，被粘接部位应清洁干净；

5)胶料固化期间，被粘接部位不应受到挤压、拉伸和剪切等外力作用；

6)点胶加固后，应用棉球前无水乙醇清理干净余胶。

对于不同元器件，采用不同的安装方式，点胶加固的要求有所区别。

1)图3所示的轴向元器件倒装的点胶推荐形式为：印制板与元器件端面之间没有胶籵，胶籵未完全包裹元器件，但在元器件外形成大于90°的包裹角。

图3轴向元器件倒装

2)图4所示的柱式轴向元器件垂直安装的点胶推荐形式为：胶料在印制板与元器件端面之间，但未渗入元器件下方，胶料未完全裹住元器件外形。 

图4柱式轴向元器件垂直安装

3)图5所示的片式轴向元器件垂直安装的点胶推荐形式为：胶料涂在元器件的两个大面，胶料尽量少，不接触元器件引脚。

图5片式轴向元器件垂直安装

4)图6所示的同向引脚水平安装的点胶推荐形式为：元器件与印制板接触，胶料未完全包裹元器件。

图6同向引脚水平安装

5)图7所示的径向元器件水平安装的点胶推荐形式为：胶料在元器件与印制板之间，但未影响引脚，粘接长度>3.17mm(或元器件外直径）。

图7径向元器件水平安装

2、试验方案设计

2.1试验样件设计

选择具有代表性的元器件作为验证对象，将印制板组件中常见的元器件进行分类，如：

1)BGA(BallGridArray,球状矩阵排列）类芯片；

2)SOP(SmallOut-LinePackage)类芯片，双列引脚封装；

3)QFP(QuadFlatPackage,四方扁平封装）类芯片，四面引脚封装；

4)PLCC(PlasticLeadedChipCarrier,塑料引线芯片载体封装）类芯片，J形引脚封装；

5)贴装阻容类器件；

6)DIP(DoubleIn-linePackage,双列直插式组装）类芯片，双列直插封装；

7)其他插装类元器件，包括电源模块、晶振、插装电阻电容等。

在每一类中选取1~2种最典型的元器件，作为工艺试验对象，选取原则如下：

1)环境试验中出现问题最多的元器件；

2)使用频率最高的元器件；

3)单根引脚或单个焊点承重最大的元器件。最终选定元器件共14种，并设计验证板，如图8所示。

图8试验用验证板

为避免后续振动试验过程中发生非X、Y、Z三个方向的响应（如扭曲等），设计了专用夹具，如图9所示。

图9工装夹具

2.2试验样件加固

装配试验用验证板4件，编号为CWOOl­CW004。制作完成后，采用不同的加固方式对元器件进行处理。

表1试验用验证板加固方式表

根据不同元器件的点胶加固要求而采用不同方式。对于贴装元器件，视封装形式分别采用四角加固或两边加固的方式。对于插装元器件，视封装形式分别采用底部支撑固定或四角、两边加固的方式，加固方式如图10所示。

图10点胶加固效果

2.3环境试验设计

本试验依次按照低温贮存-高温贮存-温度冲击-随机振动的顺序进行。温度试验的目的为加速胶料疲劳老化，加快试验进程。试验参数[8]见表2。

表2试验项目及条件

随机振动试验采用响应控制方式，图谱为通用筛选谱，如图11所示，参数见表3。

图11振动谱形

表3功率谱密度与振动量级对应表

3、试验过程

试验阶段见表4。

表4试验阶段

图12振动试验

表4各阶段试验现象如下：

1)阶段3(15g,Y方向）时，CWOOl(不加固）出现插装电容C3、C4引脚断裂现象；

2)阶段4(1Sg,X方向）时，CW002(GD414)出现插装电容C3、C4引脚断裂现象；

3)阶段8(20g,X方向）时，CW004(3145加固）出现插装电容C3引脚断裂现象；

4)阶段9(20g,Y方向）时，CW004(3145加固）出现插装电容C4引脚断裂现象；

5)其他上述4条中未提到的，均表明整个实验过程中未出现任何问题。

4、试验结果

根据全部的温度试验和振动试验结果可以得出：

1)在保证了验证板整体固定，无扭曲、翘曲、共振等因素影响时，验证板组件的抗振性能较优。除大型插装类器件外，其他元器件不通过加固，也可保证在响应频率30GHz范围内，不会因振动产生机械损坏（如引脚断裂、焊点微裂纹等）。

2)粘接性能：AV138>3145RTV>GD-414。

a)GD414的耐振极限几乎与不加固的耐振极限处于同一数量级，即GD414的加固性能非常弱，在高振动量级情况下，尽量少用。

b)AV138的加固性能最佳，但是其胶料需要现配（双组分），且对引脚有腐蚀作用，因此作为工艺限用胶料。当器件封装允许，同时振动星级大于15g时，可选用AV138胶。

c)3145RTV可以满足15g及其以下的振动量级的加固需求，因其操作简单，在15g以下优先选用。

5、结论与建议

    本文研究了印制板组件进行点胶加固的必要性、适用性和可靠性问题。

    除大型插装类器件外，其他元器件（主要为表贴式）不通过加固，也可保证在响应频率30GHz范围内，不会因振动产生机械损坏（如引脚断裂等）。通过试验还可推测出如下结论。

    之所以某些印制板组件在做振动时发生元器件振坏脱落的情况，主要是因为两种原因：1)印制板组件发生共振，响应量级远大于输出量级；2)印制板组件发生非预期振动呴应，如翘曲或扭曲变形，使元器件引脚或焊盘短时间受到很强的交变应力。产生以上问题的根本原因在于结构设计不合理，有待改进。

    因此建议：抗振处理应首先优化设计结构，增加减振手段，如增加固定点，增强印制板组件刚性等。通过抑制共振、翘曲、扭曲等异常响应，达到振动响应可控的目的。

    在充分考虑了组件整体抗振设计后，对于某些大型插装元器件，可以进一步采用点胶加固的方式处理，胶料的选用参照第4节所述。