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才刚买半年游戏手柄fpc就断裂了?丨柔性电路板失效分析
引言
某款游戏手柄里面其中一fpc件,在使用半年以后出现断裂失效。失效fpc断裂位置均为死折位置,不但铜箔断裂,pi层亦出现断裂。下文通过测试分析,找出失效原因。
测试分析
1 断口分析
使用扫描电镜对ng fpc断口形貌进行观察,ng fpc断口形貌基本一致,均以疲劳断裂为主,失效形式主要为弯曲外侧pi层断裂,如图1所示。
图1 ng fpc断口截面形貌(切片制样)
2 成分剖析
采用ftir对fpc的pi主成分进行分析,分析ng fpc和ok fpc,主成分完全一致,均为芳香族聚酰亚胺,如表1所示。
表1 ftir测试结果
为了评价fpc的耐热性能差别,使用tga对ng3fpc和ok1fpc进行分析,结果见表2可知,ng3fpc和ok1fpc耐热性能一致,亦验证了主成分一致。
表2 tga测试结果
为了验证fpc中微量添加剂成分的差异,使用py-gcms进行分析,测试挥发性成分,对比谱图见图2,谱图完全一致,成分没有差异。
图2 ok fpc和ng fpc py-gcms对比谱图
3 力学性能剖析
为了验证fpc的抵抗变形能力,对ng fpc和ok fpc进行纳米压痕测试,结果见图3-1、3-2纳米压痕曲线结果可知,ng fpc和ok fpc的硬度及弹性模量无明显差异,抗变形能力无差别。
图3-1 ng fpc纳米压痕曲线
图3-2 ok fpc纳米压痕曲线
4 弯折损伤剖析
为了对fpc进弯折性能进行评价,使用fpc弯折试验机和万能试验机(压缩模式)进行测试,结果见表3。
表3 弯折损伤评价表
弯折试验结果显示,单次死折不会造成ok fpc pi层出现裂纹,但反复弯折会使ok fpc pi层疲劳断裂,断口形貌与ng fpc形貌一致。
综合以上结果,pi层断裂的原因非pi本身材料问题,为应力条件导致,应力模型见图4:
图4 简单的受力模型
在死折过程中,折合线位-外弧面交点位置(即表面张力最大区域)会出现塑性变形,出现损伤线,但未出现裂纹。在弯折后该区域残留有较大的应力,在后续使用过程中受热冲击时,由于有机材料热膨胀系数较大,会产生变形,在外弧面形成循环应力冲击;使用过程中的震动亦是会产生同样应力冲击,在表面张力和外加应力冲击下而疲劳断裂。
结论
fpc发生断裂的主要原因为:fpc在死折过程外圆弧表面形成大应力区,在后续使用过程受应力冲击导致疲劳开裂。
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