Komponenttien halkeilun perimmäiset syyt johtuvat mekaanisesta tai lämpöjännityksestä: valmistuksen, kokoonpanon tai käyttötilan aikana, ja jännitys ylittää materiaalin (yleensä keraaminen, silikoni- tai muovikotelointi) mekaanisen lujuuden. Tämä on tyypillinen prosessien luotettavuuteen liittyvä ongelma.
Keskeinen syy on "stressin keskittyminen", ja erityiset syyt voidaan luokitella seuraavasti:
I. Lämpöjännityksen aiheuttamat halkeamat (yksi yleisimmistä syistä)
1. Reflow-juotoslämpötilan shokki
● Syy: Komponenttien ja juotosliitosten tai komponentin ja piirilevyalustan lämpölaajenemiskertoimien epäsuhta. Reflow-juottamisen nopean lämmitys- ja jäähdytysprosessin aikana eri osien supistuminen/laajeneminen on epätasaista, mikä aiheuttaa sisäisiä leikkausvoimia.
● Tyypilliset ominaisuudet: Halkeamat syntyvät usein juotoksen ja komponenttien liitoskohdasta tai komponenttien pohjan keskeltä. Näitä esiintyy yleisesti monikerroksisissa keraamisissa kondensaattoreissa (MLCC), paksukalvovastuksissa ja suurikokoisissa keraamisissa koteloiduissa komponenteissa.
2. Toissijainen ylikuumeneminen aaltojuottamisen aikana
● Syy: SMT-kokoonpanolla käsitellyissä piirilevyissä komponentit altistuivat korkean lämpötilan juotteille pitkäksi aikaa aaltojuottamisen aikana, mikä johti lämpöjännityksen kertymiseen.
● Tyypilliset ominaisuudet: Esiintyy piirilevyillä, kun vaaditaan sekalaisia kokoonpanoprosesseja; haljenneet komponentit kootaan usein SMT:llä, joka sijaitsee pinnalla (pohjassa) aaltojuottamisessa.
3. Virheelliset uudelleenkäsittelytoimenpiteet
● Syy: Paikallinen korkean lämpötilan lämmitys (kuumailmapistooli) ja nopea jäähdytys luovat suuren paikallisen lämpötilagradientin.
● Tyypilliset ominaisuudet: Satunnaista halkeilua esiintyy uudelleentyöstöalueen ympärillä olevissa komponenteissa.
II. Mekaanisen rasituksen aiheuttamat halkeamat
1. Erottelustressi
● Syy: Mekaanisen leikkauksen (V-leikkaus tai muu erotin) tai manuaalisen jakamisen aikana syntyvä taivutus- tai tärinäjännitys voi siirtyä suoraan hauraisiin komponentteihin.
Tyypilliset ominaisuudet: Haljenneet komponentit ovat lähellä piirilevyn reunaa tai V-leikattua uraa. Monitoimikomponentit ovat erityisen alttiita halkeamille.
2. Piirilevyn taivutus tai muodonmuutos
● Kokoonpanoprosessi: Ruuvien liikakiristäminen, levyn taivuttaminen asennuksen aikana kiinnikkeeseen ja liittimen sisään-/ulosvetovoimat, jotka aiheuttavat levyn muodonmuutoksia.
● Suunnitteluongelmat: Piirilevyn riittämätön lujuus, mikä aiheuttaa taivutusta oman painonsa tai ulkoisten voimien vaikutuksesta.
● Tyypilliset ominaisuudet: Halkeamia voi esiintyä suurissa komponenteissa lähellä piirilevyn keskustaa tai kiinteitä pisteitä.
3. Mittapäät tai ulkoiset iskut
● Syyt: Antureiden liiallinen paine piirin sisäisen testauksen tai toiminnallisen testauksen aikana; putoamiset tai törmäykset tuotantoprosessin aikana.
● Tyypilliset ominaisuudet: Paikalliset vauriot, mahdollisesti näkyvillä ulkoisilla iskukohdilla.
III. Komponenttien ja prosessien suunnittelun yhteensovittamiseen liittyvät kysymykset
1. Sopimaton tyynyn muotoilu
● Syyt: Liian suuret tai liian pienet juotospisteet johtavat huonoon juotosliitoksen muotoon uudelleensulatuksen jälkeen, mikä aiheuttaa komponentteihin lisää veto- tai puristusjännitystä.
● Tyypillisiä ominaisuuksia: Komponentin toinen pää on vedetty ylöspäin (hautakiviefekti) tai pohja on puristunut liikaa kokoon.
2. Komponenttien valintaan ja asetteluun liittyvät ongelmat
● Syy: Jännitysherkillä alueilla (esim. piirilevyn reunojen, ruuvinreikien ja mutkien lähellä) käytettiin ylisuuria (esim. 1210 ja suurempia) monitoimilaitteita tai keraamipakkauksia.
● Tyypilliset ominaisuudet: Eräongelmia samoilla spesifikaatioilla tietyissä paikoissa.
3. Sapluunan aukot ja juotosmäärään liittyvät ongelmat
● Syy: Liikaa juotospastaa, mikä johtaa liian korkeisiin juotosliitoksiin uudelleensulatuksen jälkeen ja aiheuttaa rasitusta "nostamalla" komponentteja jäähdytyksen ja jähmettymisen aikana.
● Tyypilliset ominaisuudet: Komponentit ovat irti ja pohjassa näkyy liikaa juotetta.
IV. Materiaali- ja sisäiset viat
1. Mikrohalkeamat itse komponentissa
● Syy: Komponenttien sisäisissä mikrohalkeamissa oli tuotantoaikana (esim. monitoimisten komponenttien valmistuksen aikana), ja nämä halkeamat levisivät myöhemmän rasituksen alla.
● Tyypilliset ominaisuudet: Vikaantuminen on satunnainen; alkuperäinen vika voidaan havaita röntgen- tai poikkileikkausanalyysillä.
2. Laitteen halkeilu kosteuden imeytymisen jälkeen
● Syy: Kun muovikoteloituihin laitteisiin (kuten integroituihin piirilevyihin) imeytyy kosteutta, sisäinen kosteus höyrystyy ja laajenee reflow-juottamisen korkeissa lämpötiloissa, mikä luo "popcorn"-efektin.
● Tyypilliset ominaisuudet: Muovipakkaus pullistuu ja halkeaa, mikä tapahtuu usein laitteissa, joita ei ole kypsennetty riittävästi kosteissa olosuhteissa säilytyksen jälkeen.
Vianmääritys ja ratkaisut:
Kun halkeilua esiintyy, on suositeltavaa noudattaa seuraavia vaiheita analyysiä varten:
1. Sijaintianalyysi: Vahvista säröillä olevien laitteiden sijaintikuvio (ovatko ne lähellä piirilevyn reunaa vai rasituskohtia) ja tyyppikuvio (ovatko ne kaikki suurikokoisia MLCC-laitteita vai saman tyyppisiä laitteita).
2. Morfologinen havainto: Käytä optista mikroskooppia, röntgenkuvausta ja poikkileikkausanalyysiä halkeaman alkuperän ja reitin tarkkailemiseksi ja määritä, onko kyseessä lämpöjännitystyyppi (juotospäästä sisäänpäin) vai mekaaninen jännitystyyppi (sivumurtuma).
3. Prosessin retrospektiivi: Tarkista piirilevyjen poistoprosessi, juotosprofiili (erityisesti lämpötilan nousu-/laskunopeus), uudelleentyöstötiedot ja testikiinnikkeet. 4. Suunnittelun ja materiaalien tarkastus: Tarkista piirilevyn asettelu ja pad-suunnittelu, vahvista komponenttien spesifikaatioiden mekaaniset rasitusvaatimukset ja suorita tarvittaessa näytteiden mukaiset rasituskokeet saapuville komponenteille.
Ennaltaehkäisy on parempi kuin jälkien ratkaiseminen
Keskeiset lähestymistavat: piirilevyjen asettelun optimointi, paneelien poistoprosessien parantaminen (mieluiten jyrsintä käyttäen), reflow-juotoslämpötilaprofiilien hallinta, jännityssimuloinnin suorittaminen herkille komponenteille ja piirilevyjen taivutuksen välttäminen kokoonpanon aikana.
Kun kohtaat komponenttien halkeamiseen liittyviä monimutkaisia ongelmia, harkitse seuraavaa vikojen ja havaitsemismenetelmien analyysia perimmäisen syyn nopeaksi paikantamiseksi:
1. Rikkomaton tarkastus: Käytä 3D-röntgenkuvausta sisäisten halkeamien, onteloiden ja juotosolosuhteiden tarkastamiseen vikojen paikantamiseksi.
2. Morfologia- ja koostumusanalyysi: Tarkkaile halkeamien mikroskooppista morfologiaa optisten mikroskooppien ja SEM/EDS:n avulla, analysoi murtuman koostumus ja määritä murtumistapa (hauras/sitkeä murtuma).
3. Leikkausanalyysi: Tarkkuusleikkauksen (CP) ja värjäyksen avulla paljastetaan halkeamien tarkka alkuperä ja etenemisreitti, mikä on keskeinen keino erottaa lämpöjännitys mekaanisesta rasituksesta.
4. Prosessin ja materiaalin arviointi: Mittaa juotosliitoksen IMC-paksuus, analysoi piirilevyn muodonmuutoksia, arvioi komponenttien materiaalien ominaisuuksia ja anna dataan perustuvia parannusehdotuksia.
5. Luotettavuustestaus ja -varmentaminen: Suunnittele lämpötilan vaihtelut, mekaaniset iskut ja kolmen pisteen taivutustestit vikojen toistamiseksi ja parannustoimenpiteiden tehokkuuden varmistamiseksi.
Benlida on valmistanut piirilevyjä ja koonnut piirilevyjä yli vuosikymmenen ajan. Noudattamalla tarkasti prosessikuria ja valvomalla työtä pystyimme minimoimaan komponenttien halkeamisen riskin kokoonpanon aikana ja tasapainottamaan jännitykset hyvin. Jos etsit piirilevy- ja piirilevytoimittajaa, ota rohkeasti yhteyttä Benlidaan ja kysy lisää!
Tietoja kirjoittajasta:
Sonic Yang
Elektroniikan ja mekaanisen automaation pääaineena Sonic on työskennellyt piirilevyjen suunnittelussa, tuotekehityksessä ja elektroniikan valmistuksessa noin 22 vuotta, teknisenä johtajana ja koordinoinut toimitusketjua (komponentit ja CNC-osat) tarjoten ammattimaista tukea ja konsultointia globaaleille asiakkaille.
fi
WhatsApp