SMT&PCBA常见高应力风险原因分析及解决措施

SMT&PCBA生产常见高应力风险原因分析及解决措施應力產生原因在PCBA組裝過程中,相當多的作業過程中元件會因為動態應力,拉力以及溫度變化產生零件破壞,積层陶瓷電容對此方面的抵抗尤為較差導致零件破壞(比如Crack)有兩種:一)機械應力二)熱應力機械應力主要來自於基板裂片、基板彎曲以及元件受到碰撞等等,其失效模式大部分表現在元件端部、呈斜角現象之裂痕熱應力主要來自於冷熱衝擊,而此效應大部份來自於維修、以高溫烙鐵碰觸陶瓷本体或焊錫爐中之溫度急劇變化,在瞬間之溫差(ΔT)變化下,即會使元件產生裂痕PCBA製造流程產生應力高站位因應應力高風險站位應力模式元件置放Reflow焊接ICT測試裂片W/S焊接手焊機械應力熱應力機械應力機械應力熱應力熱應力元件成型機械應力元件成型成型后零件crosssection無Crack緩衝模具成型受力模擬動刀靜刀F2受力點為引線、本体連接處和pin腳折彎處加裝緩衝模F1電解電容平均拉力1.0kgf(Max:1.2kgf,Min0.7kgf)PCBA製造流程產生應力高站位因應元件成型:零件容值無影響Average=423.6μF,σ=2.21,UCL=430μF,LCL=417μF成型前的容值均在規格範圍Average=421.7μF,σ=2.22,UCL=428μF,LCL=415μF成型後的容值均在規格範圍內成型後3687105542024681012312420421422423424425426427428468成型前4578965330246810312418419420421422423424425426468PCBA製造流程產生應力高站位因應元件置放作業關鍵控制因素:PCB支撐平穩度零件庫參數設定標準化零件軌道PCB錫膏置件作業fF過大軌道零件PCB錫膏置件作業f裂痕破壞模式PCBA製造流程產生應力高站位因應Reflow焊接瞬間之溫差(ΔT)變化大熱應力破壞模式在急冷急熱之溫度變化下,元件之溫升(ΔT)變化過大,即會造成元件產生裂痕.而該裂痕之模式常容易出現U型或指甲型之大型裂縫,且均自外部裂致元件內部.在陶瓷電容上容易發生PCBA製造流程產生應力高站位因應Reflow焊接因此,Reflow焊接過程中升/降溫斜率為重要控制參數,依據IPC/JEDECJ-STD-020C推薦如下:升降溫斜率6℃/SecondmaxPCBA製造流程產生應力高站位因應Reflow焊接在實際焊接過程中,考慮到來料元件之變異,以及為了確保零件免遭熱應力造成零件破壞,特定義升降溫之斜率為3℃/Secondmax因此,Reflow焊接過程中熱應力造成之潛在風險可避免PCBA製造流程產生應力高站位因應ICT測試關鍵控制因素:治具設計防止干涉零件PCB板彎測試過程中,因PCB板彎產生之機械應力易導致零件破壞因板彎產生之典型破壞模式Termination零件受力分析PCBA製造流程產生應力高站位因應ICT測試PCB板彎:零件抗板彎測試1)PCB變形量限制板彎小於或等於7/10002)一般針對PCB板厚小於1.2mm之產品使用載具過ReflowPCBA製造流程產生應力高站位因應ICT測試PCB板彎:零件設計面BendingTwist產品(長條形產品)上易Crack之零件置放方向應垂直長邊,但距裂片邊2mm內之元件置放方向應平行長邊PCBA製造流程產生應力高站位因應裂片forceforcedirect機械應力破壞模式關鍵控制因素:零件Layout方式裂片刀之管理PCBA製造流程產生應力高站位因應裂片零件Layout方式:V-cut距離零件或PAD邊緣至少0.5mm距V-cut5mm內之0603~2210電容﹑電感等易crack零件應垂直V-cut並在板邊撈孔,若無法垂直V-cut,應加大撈孔範圍並進行StraingagePCBA製造流程產生應力高站位因應裂片零件Layout方式:Straingage驗證lowrisk規格:應變量小於在599PCBA製造流程產生應力高站位因應裂片裂片刀之管理:刀片更換頻率:1)刀片有缺口2)上下刀片每使用四個月更換注:供應商提供刀片使用壽命為10萬公尺,按照產能換算為4.16月上下刀間距與平行度管控上下刀間距:0.03mm~0.076mm上下刀平行度:小於0.1mm上下刀間距:0.03mm~0.076mm上下刀平行度:小於0.1mm上刀下刀PCBA製造流程產生應力高站位因應W/S焊接CoolingArea(40~60sec由255℃降至90℃)最高温度255+/-5℃预热段最高温度在110+/-10℃之间FluxAreaPre-heat(40~45sec)SolderPot3-5secdip-insolder双峰间最低温度200℃为急冷区,30sec内由255℃降到150℃指甲型CrackU型CrackPCBA製造流程產生應力高站位因應手焊手焊作業過程中,因烙鐵使用不當零件溫度變化(ΔT)大產生熱應力導致零件Crack熱應力破壞模式關鍵控制因素:烙鐵溫度焊接時間PCBA製造流程產生應力高站位因應手焊:烙鐵溫度DOE驗證焊接時間DOE驗證實驗設計:FactorLevel1.Level2.Level3.A.PCBsurfacefinishImmersionGoldImmersionTinOSPB.IronTemp360℃380℃400℃C.SolderingTime1sec3sec5secD.WirebrandAlphametalsNihonGenmaKesterPCBA製造流程產生應力高站位因應手焊:烙鐵溫度DOE驗證焊接時間DOE驗證溫度及時間為顯著影響因子PCBA製造流程產生應力高站位因應手焊:烙鐵溫度DOE驗證焊接時間DOE驗證PCBSurfaceFinish:ImmersionTin≒OSPImmersionGold焊接時間:3sec1sec5sec焊接溫度:380℃≒400℃360℃PCBA製造流程產生應力高站位因應