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更新时间 2026 01-24
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PCB初期稳定?疲劳失效正在累积

在大量工程项目中,最容易被误判的一句话是:现在运行很稳定,应该没问题。板子刚上线时:功能正常,温升可控,连续跑机无异常,抽检良率漂亮。从表面看,一切都处在健康状态。但在可靠性工程的视角中,真正危险的阶段,恰恰是:初期最稳定的那一段时间。因为此时,疲劳失效往往已经开始悄悄累积。

 

绝大多数PCB并不是突然坏掉,而是慢慢被消耗完

疲劳失效的本质,并不是一次性破坏,而是:在成千上万次微小应力循环中,结构强度被一点点吃掉。每一次:开机升温,关机降温,环境冷热变化,振动与微冲击,都会在板内产生:热应力循环、剪切应力叠加、界面微滑移。这些应力单次都远低于材料极限,却会在长期中不断积累:位错密度增加、晶界滑移加剧、界面结合能持续下降。直到某一天,结构余量被彻底耗尽,裂纹开始快速扩展,失效才突然显现。

 

初期稳定,只说明尚未进入失效阶段,并不代表结构健康

在很多失效案例中,板子在前几百小时运行阶段表现极佳:参数稳定,噪声低,性能一致性好。但从材料力学角度看,此时正处在:疲劳裂纹萌生阶段。这一阶段的典型特征是:裂纹尺寸极小,导通截面几乎未受影响,电气性能完全不变。也正因为如此,工程团队往往会误判:系统已经足够可靠。而真正的风险,正是在这段看起来最安全的时间里悄然积累。

 

过孔与层间界面,是疲劳失效最早出现的位置

在多层PCB中,疲劳裂纹最容易首先出现的区域是:过孔镀铜层、内层互连拐角、铜箔与树脂界面过渡区。这些位置往往同时具备:材料模量突变;热膨胀系数不匹配;几何应力集中;残余应力叠加。在每一次热循环中,这些区域承受的实际应变幅值远高于板面平均水平。初期裂纹往往呈现为:镀层内部微裂、界面局部脱粘、晶界间隙扩展。但在完全贯穿前,电阻变化几乎不可测,功能测试完全正常。

 

最致命的不是应力峰值,而是应力循环次数

在可靠性设计中,真正决定寿命的,往往不是最大温度,而是:热循环次数与应变幅值的组合。例如:每天开关机几十次;设备昼夜温差反复变化;功率模块周期性满载运行。即使峰值温度不高,只要循环次数足够多,疲劳裂纹必然会逐步形成。而这一过程:没有明显异常信号,没有报警提示,没有提前征兆。等到功能异常出现时,结构寿命往往已经接近终点。

 

制造阶段的一点偏差,往往会成倍缩短疲劳寿命

在实际制造中,以下因素对疲劳寿命影响极大:压合冷却速率;层叠对称性;铜厚分布均匀性;孔径与板厚比;镀铜晶粒结构与内应力。即便电测全部合格,只要存在:层间残余应力偏高、孔壁内应力集中、界面结合能不足,疲劳寿命往往会被显著压缩。很多看似设计合理的板子,最终并不是败在设计,而是:败在制造阶段没有为疲劳寿命留下足够安全余量。

在一些高可靠项目中,像捷创电子在多层板与高密度板制造时,通常会通过优化压合曲线、控制层叠对称性与孔壁应力分布,在量产阶段就提前拉开疲劳寿命裕度,避免产品在服役早期便进入快速衰减区。

 

最危险的现象,是失效开始后往往呈现批量爆发

疲劳失效有一个典型特征:一旦进入裂纹快速扩展阶段,失效会在短时间内集中出现。表现为:同一批次在相近时间段陆续异常;不同位置但失效模式高度相似;返修后短期恢复、很快再次失效。这说明:结构寿命曲线已经整体进入陡降区,此时任何局部修补都只能延缓,
无法从根本上逆转失效趋势。

 

功能稳定,并不等于结构健康

在系统层面,最容易混淆的是:功能可靠结构可靠并不是同一个概念。功能可靠关注:是否还能工作;参数是否在规格内。而结构可靠关注的是:还能承受多少次应力循环;还有多少剩余寿命;是否已接近材料极限。很多系统:在功能层面看起来很好,但在结构层面已经:裂纹遍布、界面松动、寿命接近终点。

 

总结

PCB初期稳定,只能说明:尚未进入显性失效阶段。它并不能说明:疲劳尚未开始;寿命还有充足余量;结构足够安全。真正决定长期可靠性的,不是最初的运行表现,而是:在成千上万次应力循环之后,结构还能否继续承载。真正高水平的制造与工程体系,不是追求初期良率多漂亮,而是:在板子刚出厂时,就已经为未来多年的疲劳消耗预留足够空间。

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