1、SMT&PCBA生产常见高应力风险原因分析及解决措施 在在PCBAPCBA组装过程中组装过程中, ,相当多的作业过程中元件会因为动态应力相当多的作业过程中元件会因为动态应力, ,拉力以拉力以及温度变化产生零件破坏及温度变化产生零件破坏, ,积层陶瓷电容对此方面的抵抗尤为较差积层陶瓷电容对此方面的抵抗尤为较差 导致零件破坏导致零件破坏( (比如比如Crack)Crack)有两种有两种: : 一一) ) 机械应力机械应力 二二) ) 热应力热应力 机械应力机械应力 主要来自于基板裂片、基板弯曲以及元件受到碰撞等等主要来自于基板裂片、基板弯曲以及元件受到碰撞等等, ,其失效模式大其失效模式大 部分表
2、现在元件端部、呈斜角现象之裂痕部分表现在元件端部、呈斜角现象之裂痕 热应力热应力 主要来自于冷热冲击主要来自于冷热冲击, ,而此效应大部份来自于维修而此效应大部份来自于维修、以高温烙铁碰触陶以高温烙铁碰触陶 瓷本体或焊锡炉中之温度急剧变化瓷本体或焊锡炉中之温度急剧变化, ,在瞬间之温差在瞬间之温差(T)(T)变化下变化下, ,即会使即会使 元件产生裂痕元件产生裂痕应力高风险站位应力高风险站位应力模式应力模式元件置放元件置放Reflow焊接焊接ICT测试测试裂片裂片W/S 焊接焊接手焊手焊机械应力机械应力热应力热应力机械应力机械应力机械应力机械应力热应力热应力热应力热应力元件成型元件成型机械应力
3、机械应力 元件成型元件成型 成型后零件成型后零件cross sectioncross section无无CrackCrack缓冲模具成型受力模拟缓冲模具成型受力模拟动刀动刀静刀静刀F2F2受力点为引线、受力点为引线、本体连接处和本体连接处和pinpin脚折弯处脚折弯处加装加装缓冲模缓冲模F1F1电解电容电解电容平均拉力1.0kgf(Max:1.2kgf,Min0.7kgf) 元件成型元件成型: : 零件容值无影响零件容值无影响Average=423.6F,=2.21,UCL=430F,LCL=417F 成型前的容值均在规格范围 Average=421.7F, =2.22,UCL=428F ,L
4、CL=415F 成型后的容值均在规格范围内成型后成型后成型前成型前 元件置放作业元件置放作业关键控制因素关键控制因素: : PCB PCB 支撑平稳度支撑平稳度 零件库参数设定标准化零件库参数设定标准化零件轨道PCB锡膏置件作业置件作业f fF F 过大过大轨道零件PCB锡膏置件作业置件作业f f裂痕破坏模式破坏模式 Reflow Reflow 焊接焊接瞬间之温差瞬间之温差(T)(T)变化大变化大热应力破坏模式热应力破坏模式在急冷急热之温度变化下在急冷急热之温度变化下, ,元件之温升元件之温升(T)(T)变化过大变化过大, ,即会造成元件产生裂痕即会造成元件产生裂痕. .而该裂而该裂痕之模式常
5、容易出现痕之模式常容易出现U U 型或指甲型之大型裂型或指甲型之大型裂缝缝, ,且均自外部裂致元件内部且均自外部裂致元件内部. .在陶瓷电容上在陶瓷电容上容易发生容易发生 Reflow Reflow 焊接焊接因此因此,Reflow ,Reflow 焊接过程中升焊接过程中升/ /降温斜率为重要控制参数降温斜率为重要控制参数, ,依据依据IPC/JEDECIPC/JEDECJ-STD-020CJ-STD-020C推荐如下推荐如下: :升降温斜率升降温斜率6/Second max6/Second max Reflow Reflow 焊接焊接在实际焊接过程中在实际焊接过程中, ,考虑到来料元件之变异考
6、虑到来料元件之变异, ,以及为了确保零件免遭热应以及为了确保零件免遭热应力造成零件破坏力造成零件破坏, ,特定义升降温之斜率为特定义升降温之斜率为 3/Second max因此因此,Reflow ,Reflow 焊接过程中热应力造成之潜在风险可避免焊接过程中热应力造成之潜在风险可避免 ICT ICT 测试测试关键控制因素关键控制因素: : 治具设计防止干涉零件治具设计防止干涉零件 PCB PCB 板弯板弯测试过程中测试过程中, ,因因PCBPCB板弯产生板弯产生之机械应力易导致零件破坏之机械应力易导致零件破坏因板弯产生之典型破坏模式因板弯产生之典型破坏模式Termination零件受力分析零件
7、受力分析 ICT ICT 测试测试 PCB PCB 板弯板弯: :零件抗板弯测试零件抗板弯测试1) PCB1) PCB变形量限制板弯小于或等于变形量限制板弯小于或等于7/10007/10002) 2) 一般针对一般针对PCBPCB板厚小于板厚小于1.2mm1.2mm之产品使用载具过之产品使用载具过ReflowReflow ICT ICT 测试测试 PCB PCB 板弯板弯: :零件设计面零件设计面BendingBendingTwistTwist产品(长条形产品)上易Crack 之零件置放方向应垂直长边,但距裂片边2 mm 内之元件置放方向应平行长边 裂片裂片forceforcedirect机械
8、应力破坏模式机械应力破坏模式关键控制因素关键控制因素: : 零件零件LayoutLayout方式方式 裂片刀之管理裂片刀之管理 裂片裂片 零件零件LayoutLayout方式方式: :l V-cut V-cut 距离零件或距离零件或PAD PAD 边缘至少边缘至少0.5mm0.5mml 距距V-cut 5mmV-cut 5mm内之内之06032210 06032210 电容电容电感等易电感等易crack crack 零件应垂直零件应垂直V-cutV-cut 并在板边捞孔并在板边捞孔, ,若无法垂直若无法垂直V-cut,V-cut,应加大捞孔范围并进行应加大捞孔范围并进行Strain gageS
9、train gage 裂片裂片 零件零件LayoutLayout方式方式: : Strain gageStrain gage验证验证low risklow risk规格规格: :应变量小于在应变量小于在 599599 裂片裂片 裂片刀之管理裂片刀之管理: :l 刀片更换频率刀片更换频率: : 1) 1) 刀片有缺口刀片有缺口 2) 2) 上下刀片每使用四个月更换上下刀片每使用四个月更换 注注: :供应商提供刀片使用寿命为供应商提供刀片使用寿命为1010万万 公尺公尺, ,按照产能换算为按照产能换算为4.164.16月月l 上下刀间距与平行度管控上下刀间距与平行度管控 上下刀间距上下刀间距: 0
10、.03mm 0.076mm: 0.03mm 0.076mm 上下刀平行度上下刀平行度: : 小于小于0.1mm0.1mm上下刀间距上下刀间距: 0.03mm 0.076mm: 0.03mm 0.076mm 上下刀平行度上下刀平行度: : 小于小于0.1mm0.1mm上刀上刀下刀下刀 W/S W/S 焊接焊接Cooling Area(4060sec 由255 降至90 )最高温度最高温度 255+/-5255+/-5 预热段最高温度在预热段最高温度在110+/-10110+/-10之间之间 Flux AreaPre-heat (4045sec)Solder Pot3-5sec dip-in so
11、lder3-5sec dip-in solder双峰间最低温双峰间最低温度度 200200 为急冷区,30sec内由255 降到150 指甲型CrackU型 Crack 手焊手焊 手焊作业过程中手焊作业过程中, ,因烙铁使用不当零件因烙铁使用不当零件 温度变化温度变化( (T)大产生热应力导致零件大产生热应力导致零件 CrackCrack热应力破坏模式热应力破坏模式关键控制因素关键控制因素: : 烙铁温度烙铁温度 焊接时间焊接时间 手焊手焊: : 烙铁温度烙铁温度DOEDOE验证验证 焊接时间焊接时间DOEDOE验证验证实验设计实验设计:Factor Level 1. Level 2. Lev
12、el 3. A. PCB surface finish Immersion Gold Immersion Tin OSP B. Iron Temp 360 380 400 C. Soldering Time 1sec 3sec 5sec D. Wire brand Alphametals Nihon Genma Kester 手焊手焊: : 烙铁温度烙铁温度DOEDOE验证验证 焊接时间焊接时间DOEDOE验证验证温度及时间为显著影响因子温度及时间为显著影响因子 手焊手焊: : 烙铁温度烙铁温度DOEDOE验证验证 焊接时间焊接时间DOEDOE验证验证PCB Surface Finish:PCB Surface Finish: Immersion Tin OSP Immersion Gold Immersion Tin OSP Immersion Gold焊接时间焊接时间: : 3 sec 1 sec 5 sec 3 sec 1 sec 5 sec焊接温度焊接温度: : 380 400 360 380 400 360 感谢您的聆听！
