Основные причины растрескивания компонентов связаны с механическим или термическим напряжением: во время производства, сборки или работы, когда напряжение превышает механическую прочность материала (обычно керамики, кремния или пластиковой оболочки). Это типичная проблема, связанная с надежностью технологического процесса.
Основная причина — «концентрация стресса», и конкретные причины можно разделить на следующие категории:
I. Трещины, вызванные термическим напряжением (одна из наиболее распространенных причин)
1. Температурный скачок при пайке оплавлением
● Причина: Несоответствие коэффициентов теплового расширения между компонентами и паяными соединениями или между компонентом и подложкой печатной платы. В процессе быстрого нагрева и охлаждения при пайке оплавлением сжатие/расширение различных компонентов происходит неравномерно, что приводит к возникновению внутренних сдвиговых сил.
● Типичные характеристики: Трещины часто возникают в месте соединения паяного соединения и компонентов или в центре нижней части компонентов. Чаще всего встречаются на многослойных керамических конденсаторах (MLCC), толстопленочных резисторах и крупногабаритных компонентах в керамической упаковке.
2. Вторичный перегрев во время волновой пайки
● Причина: На печатных платах, прошедших SMT-сборку, компоненты подвергаются воздействию высокотемпературного припоя в течение длительного времени во время волновой пайки, что приводит к накоплению термических напряжений.
● Типичные характеристики: Возникает на печатных платах, где требуются смешанные процессы сборки; треснувшие компоненты часто собираются методом поверхностного монтажа (SMT) и располагаются на поверхности (снизу) для волновой пайки.
3. Неправильные операции по доработке
● Причина: Локальный высокотемпературный нагрев (фен) и быстрое охлаждение создают большой локальный температурный градиент.
● Типичные характеристики: В зонах ремонта в деталях возникают случайные трещины.
II. Трещины, вызванные механическим напряжением
1. Разделительное напряжение
● Причина: Изгибающие или вибрационные напряжения, возникающие во время механической резки (V-образная резка или другой способ разделения) или ручного разделения, могут напрямую передаваться хрупким компонентам.
Типичные характеристики: Трещины в компонентах возникают вблизи края печатной платы или V-образного выреза. Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) особенно уязвимы.
2. Изгиб или деформация печатной платы
● Процесс сборки: чрезмерное затягивание винтов, изгибание платы во время установки в крепление, а также усилия при вставке/извлечении разъемов, вызывающие деформацию платы.
● Проблемы конструкции: Недостаточная прочность печатной платы, вызывающая изгиб под собственным весом или внешними воздействиями.
● Типичные характеристики: Трещины могут появляться на крупных компонентах вблизи центра печатной платы или в фиксированных точках.
3. Испытательные зонды или внешние воздействия
● Причины: Чрезмерное давление, оказываемое датчиками во время внутрисхемного или функционального тестирования; падения или столкновения во время производственной обработки.
● Типичные характеристики: Локализованные повреждения, возможно, с видимыми внешними точками удара.
III. Вопросы согласования конструкции компонентов и технологических процессов.
1. Неподходящая конструкция прокладки
● Причины: Слишком большие или слишком маленькие контактные площадки приводят к плохому качеству паяного соединения после оплавления, создавая дополнительное растягивающее или сжимающее напряжение на компоненты.
● Типичные характеристики: один конец компонента приподнят (эффект надгробного камня), или нижняя часть чрезмерно сжата.
2. Вопросы выбора компонентов и компоновки.
● Причина: Использование многослойных керамических конденсаторов (MLCC) или компонентов в керамическом корпусе увеличенного размера (например, вблизи краев платы, отверстий для винтов, изгибов) в местах, подверженных механическим нагрузкам.
● Типичные характеристики: Проблемы с партиями продукции, имеющие одинаковые характеристики, в определенных местах.
3. Проблемы с отверстиями в трафарете и количеством припоя.
● Причина: Избыток паяльной пасты, приводящий к чрезмерно высоким паяным соединениям после оплавления, вызывающий напряжение из-за «подъема» компонентов во время охлаждения и затвердевания.
● Типичные характеристики: Компоненты приподняты, и на нижней стороне виден избыток припоя.
IV. Материальные и внутренние дефекты
1. Микротрещины в самом компоненте
● Причина: В процессе производства (например, при изготовлении многослойных керамических конденсаторов) в компонентах образовались внутренние микротрещины, которые затем распространились под воздействием напряжения.
● Типичные характеристики: Отказ происходит случайным образом; первоначальный дефект может быть обнаружен с помощью рентгеновского или поперечного анализа.
2. Растрескивание устройства после впитывания влаги
● Причина: Когда устройства в пластиковом корпусе (например, интегральные схемы) поглощают влагу, внутренняя влага испаряется и расширяется под воздействием высоких температур при пайке оплавлением, создавая эффект «попкорна».
● Типичные характеристики: Пластиковая упаковка вздувается и трескается, что часто происходит с устройствами, которые не были должным образом прогреты после хранения во влажных условиях.
Поиск и устранение неисправностей:
При появлении трещин рекомендуется выполнить следующие шаги для анализа:
1. Анализ местоположения: Подтвердите характер расположения трещин (находятся ли они вблизи края печатной платы или в местах приложения напряжения) и тип устройства (являются ли все они многослойными керамическими конденсаторами большого размера или устройствами одного типа).
2. Морфологическое наблюдение: Используйте оптический микроскоп, рентгеновский анализ и анализ поперечного сечения, чтобы наблюдать происхождение и путь трещины, определяя, является ли она трещиной, образованной термическим напряжением (от конца припоя внутрь), или механическим напряжением (боковой излом).
3. Анализ технологического процесса: Проверка процесса удаления панелей, профиля пайки оплавлением (особенно скорости повышения/понижения температуры), записей о доработках и тестовых приспособлений. 4. Контроль конструкции и материалов: Анализ компоновки печатной платы и конструкции контактных площадок, подтверждение требований к механическим нагрузкам, указанных в спецификациях компонентов, и проведение выборочных испытаний на прочность поступающих компонентов при необходимости.
Профилактика лучше, чем устранение последствий.
Основные подходы: оптимизация компоновки печатной платы, улучшение процессов разделения панелей (предпочтительно с использованием фрезерных резцов), контроль температурных профилей пайки оплавлением, моделирование напряжений в чувствительных компонентах и предотвращение изгиба печатной платы во время сборки.
При возникновении сложных проблем, связанных с растрескиванием компонентов, для быстрого определения первопричины следует рассмотреть следующий анализ отказов и методов обнаружения:
1. Неразрушающий контроль: Использование 3D-рентгена для проверки внутренних трещин, пустот и состояния пайки с целью обнаружения дефектов.
2. Морфологический и композиционный анализ: Изучение микроскопической морфологии трещин с помощью оптических микроскопов и СЭМ/ЭДС, анализ состава излома и определение типа разрушения (хрупкое/пластичное разрушение).
3. Анализ срезов: Благодаря точному разрезанию (CP) и окрашиванию можно точно определить происхождение и путь распространения трещин, что является ключевым методом различения термических и механических напряжений.
4. Оценка процесса и материалов: измерение толщины интерметаллических соединений в паяном соединении, анализ деформации печатной платы, оценка свойств материалов компонентов и предоставление рекомендаций по улучшению на основе полученных данных.
5. Испытания и проверка надежности: Разработайте испытания на температурные циклы, механические удары и трехточечный изгиб для воспроизведения отказов и проверки эффективности мер по улучшению.
Компания Benlida более десяти лет занимается производством печатных плат и сборкой печатных плат. Благодаря строгому соблюдению технологических процессов и контролю качества, мы смогли минимизировать потенциальные риски растрескивания компонентов во время сборки и эффективно сбалансировать нагрузки. Если вы ищете поставщика печатных плат и сборочных плат, пожалуйста, свяжитесь с компанией Benlida, чтобы узнать больше!
Об авторе:
Соник Янг
Компания Sonic, специализирующаяся на электронике и механической автоматизации, около 22 лет занимается проектированием печатных плат, исследованиями и разработками, а также производством электроники. В качестве инженера-руководителя она координирует работу с цепочкой поставок (компоненты и детали, изготовленные на станках с ЧПУ), предоставляя профессиональную поддержку и консультации клиентам по всему миру.
ru
WhatsApp