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1、SMT&PCBASMT&PCBA生产常见高应力风险生产常见高应力风险原因分析及解决措施原因分析及解决措施 在在PCBAPCBA組裝過程中組裝過程中,相當多的作業過程中元件會因為動態應力相當多的作業過程中元件會因為動態應力,拉力以拉力以及溫度變化產生零件破壞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積层陶瓷電容對此方面的抵抗尤為較差 導致零件破壞導致零件破壞(比如比如Crack)Crack)有兩種有兩種:一一)機械應力機械應力 二二)熱應力熱應力 機械應力機械應力 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,其失效模式大其失效
2、模式大 部分表現在元件端部、呈斜角現象之裂痕部分表現在元件端部、呈斜角現象之裂痕 熱應力熱應力 主要來自於冷熱衝擊主要來自於冷熱衝擊,而此效應大部份來自於維修而此效應大部份來自於維修、以高溫烙鐵碰觸陶以高溫烙鐵碰觸陶 瓷本体或焊錫爐中之溫度急劇變化瓷本体或焊錫爐中之溫度急劇變化,在瞬間之溫差在瞬間之溫差(T)(T)變化下變化下,即會使即會使 元件產生裂痕元件產生裂痕應力高風險站位應力高風險站位應力模式應力模式元件置放元件置放Reflow焊接焊接ICT測試測試裂片裂片W/S 焊接焊接手焊手焊機械應力機械應力熱應力熱應力機械應力機械應力機械應力機械應力熱應力熱應力熱應力熱應力元件成型元件成型機械應
3、力機械應力 元件成型元件成型 成型后零件成型后零件cross sectioncross section無無CrackCrack緩衝模具成型受力模擬緩衝模具成型受力模擬動刀動刀靜刀靜刀F2F2受力點為引線、受力點為引線、本体連接處和本体連接處和pinpin腳折彎處腳折彎處加裝加裝緩衝模緩衝模F1F1電解電容電解電容平均拉力1.0kgf(Max:1.2kgf,Min0.7kgf)元件成型元件成型:零件容值無影響零件容值無影響Average=423.6F,=2.21,UCL=430F,LCL=417F 成型前的容值均在規格範圍 Average=421.7F,=2.22,UCL=428F ,LCL=4
4、15F 成型後的容值均在規格範圍內成型後成型後成型前成型前 元件置放作業元件置放作業關鍵控制因素關鍵控制因素:PCB PCB 支撐平穩度支撐平穩度 零件庫參數設定標準化零件庫參數設定標準化零件軌道PCB錫膏置件作業置件作業f fF F 過大過大軌道零件PCB錫膏置件作業置件作業f f裂痕破壞模式破壞模式 Reflow Reflow 焊接焊接瞬間之溫差瞬間之溫差(T)(T)變化大變化大熱應力破壞模式熱應力破壞模式在急冷急熱之溫度變化下在急冷急熱之溫度變化下,元件之溫升元件之溫升(T)(T)變化過大變化過大,即會造成元件產生裂痕即會造成元件產生裂痕.而該裂而該裂痕之模式常容易出現痕之模式常容易出現
5、U U 型或指甲型之大型裂型或指甲型之大型裂縫縫,且均自外部裂致元件內部且均自外部裂致元件內部.在陶瓷電容上在陶瓷電容上容易發生容易發生 Reflow Reflow 焊接焊接因此因此,Reflow,Reflow 焊接過程中升焊接過程中升/降溫斜率為重要控制參數降溫斜率為重要控制參數,依據依據IPC/JEDECIPC/JEDECJ-STD-020CJ-STD-020C推薦如下推薦如下:升降溫斜率升降溫斜率6/Second max6/Second max Reflow Reflow 焊接焊接在實際焊接過程中在實際焊接過程中,考慮到來料元件之變異考慮到來料元件之變異,以及為了確保零件免遭熱應以及為了
6、確保零件免遭熱應力造成零件破壞力造成零件破壞,特定義升降溫之斜率為特定義升降溫之斜率為 3/Second max因此因此,Reflow,Reflow 焊接過程中熱應力造成之潛在風險可避免焊接過程中熱應力造成之潛在風險可避免 ICT ICT 測試測試關鍵控制因素關鍵控制因素:治具設計防止干涉零件治具設計防止干涉零件 PCB PCB 板彎板彎測試過程中測試過程中,因因PCBPCB板彎產生板彎產生之機械應力易導致零件破壞之機械應力易導致零件破壞因板彎產生之典型破壞模式因板彎產生之典型破壞模式Termination零件受力分析零件受力分析 ICT ICT 測試測試 PCB PCB 板彎板彎:零件抗板彎
7、測試零件抗板彎測試1)PCB1)PCB變形量限制板彎小於或等於變形量限制板彎小於或等於7/10007/10002)2)一般針對一般針對PCBPCB板厚小於板厚小於1.2mm1.2mm之產品使用載具過之產品使用載具過ReflowReflow ICT ICT 測試測試 PCB PCB 板彎板彎:零件設計面零件設計面BendingBendingTwistTwist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2 mm 內之元件置放方向應平行長邊 裂片裂片forceforcedirect機械應力破壞模式機械應力破壞模式關鍵控制因素關鍵控制因素:零件零件LayoutLayout方
8、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 距離零件或距離零件或PAD PAD 邊緣至少邊緣至少0.5mm0.5mml 距距V-cut 5mmV-cut 5mm內之內之06032210 06032210 電容電容電感等易電感等易crack crack 零件應垂直零件應垂直V-cutV-cut 並在板邊撈孔並在板邊撈孔,若無法垂直若無法垂直V-cut,V-cut,應加大撈孔範圍並進行應加大撈孔範圍並進行Strain gageStrain gage 裂片裂片 零件零件LayoutLayout方式方式:Strain gageStr
9、ain gage驗證驗證low risklow risk規格規格:應變量小於在應變量小於在 599599 裂片裂片 裂片刀之管理裂片刀之管理:l 刀片更換頻率刀片更換頻率:1)1)刀片有缺口刀片有缺口 2)2)上下刀片每使用四個月更換上下刀片每使用四個月更換 注注:供應商提供刀片使用壽命為供應商提供刀片使用壽命為1010萬萬 公尺公尺,按照產能換算為按照產能換算為4.164.16月月l 上下刀間距與平行度管控上下刀間距與平行度管控 上下刀間距上下刀間距:0.03mm 0.076mm:0.03mm 0.076mm 上下刀平行度上下刀平行度:小於小於0.1mm0.1mm上下刀間距上下刀間距:0.0
10、3mm 0.076mm:0.03mm 0.076mm 上下刀平行度上下刀平行度:小於小於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 solder3-5sec 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 C
11、rack 手焊手焊 手焊作業過程中手焊作業過程中,因烙鐵使用不當零件因烙鐵使用不當零件 溫度變化溫度變化(T)大產生熱應力導致零件大產生熱應力導致零件 CrackCrack熱應力破壞模式熱應力破壞模式關鍵控制因素關鍵控制因素:烙鐵溫度烙鐵溫度 焊接時間焊接時間 手焊手焊:烙鐵溫度烙鐵溫度DOEDOE驗證驗證 焊接時間焊接時間DOEDOE驗證驗證實驗設計實驗設計:Factor Level 1.Level 2.Level 3.A.PCB surface finish Immersion Gold Immersion Tin OSP B.Iron Temp 360 380 400 C.Solderi
12、ng Time 1sec 3sec 5sec D.Wire brand Alphametals Nihon Genma Kester 手焊手焊:烙鐵溫度烙鐵溫度DOEDOE驗證驗證 焊接時間焊接時間DOEDOE驗證驗證溫度及時間為顯著影響因子溫度及時間為顯著影響因子 手焊手焊:烙鐵溫度烙鐵溫度DOEDOE驗證驗證 焊接時間焊接時間DOEDOE驗證驗證PCB Surface Finish:PCB Surface Finish:Immersion Tin OSP Immersion Gold Immersion Tin OSP Immersion Gold焊接時間焊接時間:3 sec 1 sec 5 sec 3 sec 1 sec 5 sec焊接溫度焊接溫度:380 400 360 380 400 360
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