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散热设计与焊接工艺缺陷引发的典型启动故障分析

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这个问题非常经典,它看起来像是“玄学”问题,但背后是典型的工程学原理。它和上一个SD NAND散热问题有相似之处,但根本原因可能不同。

核心结论:这极大概率是一个由“软故障”引起的接触不良或焊接问题,而老化测试通过“热胀冷缩”和“电迁移”暂时性地修复了这些故障。

下面我们来详细拆解一下这个过程:

第一阶段:问题现象分析 (“开机瞬间黑屏,有的可以有的不行”)

这种时好时坏、不稳定的现象,通常指向以下几个方向的原因:

  1. 焊接问题(最可疑)

    • BGA芯片的冷焊/虚焊:如果主控、内存或eMMC是LGA封装,可能存在微小的、肉眼不可见的焊接空洞、裂纹或冷焊点。在常温下,这些焊点可能勉强接触。但在开机瞬间,电流冲击和微小的温度变化会导致芯片和PCB的膨胀系数不同,可能使原本就接触不良的焊点瞬间断开,导致芯片无法正常工作,从而黑屏。

    • 其他元件的虚焊:电源管理芯片、晶振等关键元件的引脚虚焊也会有类似现象。

  2. PCB制造问题

    • 过孔/内层裂缝:PCB内部的过孔可能在制造过程中存在微裂纹。平时导通,但在通电发热的瞬间,由于热应力,微裂纹扩张导致连接断开。

    • 层压问题:PCB内层线路有瑕疵。

  3. 元件本身参数临界

    • 电源芯片启动不良:电源电路的设计或元件选型处于临界状态,导致在上电瞬间无法稳定输出所需的电压和电流。有时能成功,有时失败。

    • 晶振/时钟电路不稳定:晶振的起振条件处于临界值,或者负载电容不匹配,导致开机时时钟无法正常起振。

  4. 软件/固件Bug(可能性较低,但不能完全排除)

    • 启动代码在某些非常罕见的硬件状态下(如某个寄存器上电值不确定)会跑飞。但这通常无法通过老化修复。

第二阶段:神奇的自愈过程 (“丢在一边老化测试15天左右又都好了”)

这是整个现象中最关键的一环。老化测试本质上是一个持续的高温、高电应力过程。 这个过程如何“修复”了上述硬件问题?

  1. 热胀冷缩的“按摩”效应

    • 老化机通常会在高温(比如55-85°C)下让板卡持续运行。

    • 高温使所有材料膨胀:芯片、焊锡、PCB都会受热膨胀。LGA/BGA的焊球、元件的引脚都会因为膨胀而产生微小的形变和位移。

    • 对于 “虚焊”或“接触不良” 的点,这个持续的热膨胀过程可能像是一次“微整形”,使得原本没有接触好的金属面在压力和热作用下,重新建立了更稳定的物理接触。当板卡冷却后,由于这种重新建立的接触,问题就暂时消失了。

  2. 电迁移的“修复”效应

    • 在高温和高电流密度的共同作用下,金属原子(如焊锡中的锡原子)会沿着电子流动的方向进行迁移,这种现象叫“电迁移”。

    • 在一个存在微小裂缝或接触面积不足的焊点上,持续的通电会使金属原子向接触点迁移,从而 “填补”那些微小的空隙,增加有效的导电面积,使连接变得稳定。

  3. 电容/元件的“老练”

    • 一些有缺陷的电解电容等元件,在经历长时间的通电老练后,其内部的化学特性会趋于稳定,性能可能会有所恢复或提升。

完整的故障逻辑链

  1. 根本原因:生产过程中产生了潜在的硬件缺陷(如BGA虚焊、PCB过孔微裂)。

  2. 触发条件:在开机上电的瞬间,电流和温度的快速变化作为一种“应力”,触发了这些潜在缺陷,导致系统关键路径(电源、时钟、数据)中断,表现为黑屏。由于缺陷是微观的,每次上电的应力略有不同,所以表现为“有时行有时不行”。

  3. “修复”机制长时间的老化测试,通过“热胀冷缩”和“电迁移”这两个物理过程,临时性地修复了这些微观缺陷,让连接变得稳定,所以问题暂时消失。

重要警告:这通常是一种“假性修复”! 因为根本的工艺问题没有解决。板卡在后续的运输、使用中,受到振动、冷热循环后,这些缺陷很可能会再次出现。

给你的建议和下一步行动

  1. 首要怀疑对象:LGA/BGA焊接。如果板上有LGA/BGA芯片(主控、eMMC、DDR),这是第一嫌疑人。

  2. 联系工厂,审查工艺

    • 立即与你的PCB生产和SMT贴片工厂沟通,反馈这个现象。

    • 要求他们审查回流焊的炉温曲线,特别是针对LGA/BGA芯片的峰值温度和回流时间是否足够。

    • 要求检查焊膏的印刷质量锡膏活性

  3. 进行破坏性分析

    • 如果还有问题板,可以送交第三方实验室进行切片分析X-Ray检查。重点检查LGA/BGA焊球和可疑过孔,寻找冷焊、空洞或裂纹的证据。

  4. 后续生产控制

    • 强制对所有产品进行老化测试,作为筛选不良品的一道工序。你遇到的情况恰恰证明了老化测试的必要性。

    • 加强出厂检验。

总结:
你的客户遇到的问题,是电子产品生产中典型的“过程缺陷”导致的“间歇性故障”。老化测试充当了一个“应力筛选”的角色,将那些有“软伤病”的板卡提前暴露并进行了临时“修复”。你必须从生产工艺上找到根本原因并加以解决,而不是庆幸问题自己消失了。否则,这批产品流向市场后,返修率会非常高。

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