Hlavní příčiny praskání součástí pramení z mechanického nebo tepelného namáhání: během výroby, montáže nebo provozního stavu, kdy toto namáhání překračuje mechanickou pevnost materiálu (obvykle keramického, silikonového nebo plastového zapouzdření). Jedná se o typický problém spolehlivosti procesu.
Hlavním důvodem je „koncentrace stresu“ a konkrétní příčiny lze rozdělit do následujících kategorií:
I. Trhliny způsobené tepelným namáháním (jedna z nejčastějších příčin)
1. Teplotní šok při pájení reflow
● Příčina: Neshoda koeficientů tepelné roztažnosti mezi součástkami a pájenými spoji nebo mezi součástkou a substrátem desky plošných spojů. Během rychlého procesu ohřevu a chlazení při pájení reflow je smršťování/roztahování různých součástí nekonzistentní, což vytváří vnitřní smykové síly.
● Typické vlastnosti: Trhliny často vznikají na spoji pájeného spoje a součástek nebo uprostřed spodní části součástek. Běžně se vyskytují u MLCC (vícevrstvých keramických kondenzátorů), silnovrstvých rezistorů a velkorozměrových keramických pouzder.
2. Sekundární přehřátí během vlnového pájení
● Příčina: Na deskách plošných spojů, které prošly SMT montáží, jsou součástky během vlnového pájení vystaveny vysokoteplotní pájce po delší dobu, což vede k nahromaděnému tepelnému namáhání.
● Typické vlastnosti: Vyskytuje se na deskách plošných spojů, pokud vyžadují smíšené montážní procesy; prasklé součástky jsou často montovány metodou SMT, umístěné na povrchu (spodní straně) pro vlnové pájení.
3. Nesprávné přepracování
● Příčina: Lokální ohřev vysokou teplotou (horkovzdušná pistole) a rychlé ochlazení vytvářejí velký lokální teplotní gradient.
● Typické vlastnosti: V okolí oblasti opravy se v součástech objevují náhodné praskání.
II. Trhliny způsobené mechanickým namáháním
1. Separační stres
● Příčina: Ohybové nebo vibrační napětí vznikající během mechanického řezání (V-řezání nebo jiný separátor) nebo ručního dělení se může přímo přenášet na křehké součásti.
Typické vlastnosti: Prasklé součástky se nacházejí v blízkosti okraje desky plošných spojů nebo drážky ve tvaru V. Obzvláště zranitelné jsou MLCC.
2. Ohýbání nebo deformace desek plošných spojů
● Proces montáže: Přílišné utahování šroubů, ohýbání desky během instalace do přípravku a síly způsobené vkládáním/vyjímáním konektorů způsobující deformaci desky.
● Problémy s konstrukcí: Nedostatečná pevnost desky plošných spojů, která způsobuje ohýbání pod vlastní vahou nebo vnějšími silami.
● Typické vlastnosti: Trhliny se mohou objevit na velkých součástkách poblíž středu desky plošných spojů nebo v pevných bodech.
3. Zkušební sondy nebo vnější nárazy
● Příčiny: Nadměrný tlak vyvíjený sondami během testování v obvodu nebo funkčního testování; pády nebo kolize během manipulace ve výrobě.
● Typické vlastnosti: Lokální poškození, případně s viditelnými vnějšími nárazovými body.
III. Problémy s párováním návrhu komponent a procesů
1. Nevhodný design podložky
● Příčiny: Příliš velké nebo příliš malé kontaktní plošky vedou po přetavení ke špatnému tvaru pájeného spoje, což vytváří dodatečné tahové nebo tlakové napětí na součástky.
● Typické vlastnosti: Jeden konec součásti je vytažen nahoru (efekt náhrobku) nebo je spodní část nadměrně stlačená.
2. Problémy s výběrem a rozvržením komponent
● Příčina: V oblastech citlivých na namáhání (např. v blízkosti okrajů desky, otvorů pro šrouby, ohybů) byly použity nadměrně velké (např. 1210 a větší) MLCC nebo keramicky pouzdra.
● Typické vlastnosti: Problémy s dávkováním se stejnými specifikacemi na konkrétních místech.
3. Problémy s otvory pro šablony a množstvím pájky
● Příčina: Nadměrné množství pájecí pasty, což má za následek nadměrně vysoké pájené spoje po přetavení, což způsobuje namáhání „zvedáním“ součástek během chlazení a tuhnutí.
● Typické vlastnosti: Součástky jsou zvednuté a na spodní straně je vidět přebytečná pájka.
IV. Materiální a vnitřní vady
1. Mikrotrhliny v samotné součástce
● Příčina: Během výroby (např. při výrobě MLCC) existovaly v součástech vnitřní mikrotrhliny a tyto trhliny se při následném namáhání šířily.
● Typické vlastnosti: Porucha je náhodná; původní vadu lze detekovat rentgenovou nebo průřezovou analýzou.
2. Praskání zařízení po absorpci vlhkosti
● Příčina: Když součástky s plastovým zapouzdřením (například integrované obvody) absorbují vlhkost, vnitřní vlhkost se při vysokých teplotách pájení reflow odpařuje a rozpíná, čímž vzniká efekt „popcornu“.
● Typické vlastnosti: Plastový obal se vyboulí a praská, což se často vyskytuje u zařízení, která nebyla dostatečně vypálena po skladování ve vlhkém prostředí.
Řešení problémů:
Pokud dojde k praskání, doporučuje se pro analýzu postupovat podle těchto kroků:
1. Analýza umístění: Potvrďte vzorec umístění prasklých součástek (zda se nacházejí blízko okraje desky plošných spojů nebo bodů napětí) a typový vzorec (zda se jedná o velké MLCC nebo o součástky stejného typu).
2. Morfologické pozorování: Pomocí optického mikroskopu, rentgenového záření a analýzy průřezu se sleduje původ a dráha trhliny a určuje se, zda se jedná o trhlinu tepelného namáhání (od pájeného konce dovnitř) nebo mechanického namáhání (laterální lom).
3. Retrospekce procesu: Zkontrolujte proces odstraňování panelů, profil pájení přetavením (zejména rychlost nárůstu/poklesu teploty), záznamy o přepracování a testovací přípravky. 4. Kontrola návrhu a materiálu: Zkontrolujte rozvržení desky plošných spojů a návrh kontaktních plošek, ověřte požadavky na mechanické namáhání specifikací součástek a v případě potřeby proveďte vzorkovací zátěžové testy vstupních součástek.
Prevence je lepší než řešení následků
Klíčové přístupy: optimalizace rozvržení desek plošných spojů, zlepšení procesů odstraňování panelů (nejlépe pomocí fréz), řízení teplotních profilů pájení reflow, provádění simulace napětí na citlivých součástkách a zabránění ohýbání desek plošných spojů během montáže.
Pokud se setkáte se složitými problémy s praskáním součástí, zvažte následující analýzu metod selhání a detekce, abyste rychle našli hlavní příčinu:
1. Nedestruktivní kontrola: Použijte 3D rentgen k prozkoumání vnitřních trhlin, dutin a stavu pájení k lokalizaci vad.
2. Analýza morfologie a složení: Pozorujte mikroskopickou morfologii trhlin pomocí optických mikroskopů a SEM/EDS, analyzujte složení lomu a určete způsob porušení (křehký/tvárný lom).
3. Analýza řezu: Pomocí přesného řezu (CP) a barvení odhalte přesný původ a cestu šíření trhlin, což je klíčový prostředek pro rozlišení mezi tepelným a mechanickým namáháním.
4. Vyhodnocení procesu a materiálu: Měření tloušťky IMC pájeného spoje, analýza deformace desek plošných spojů, vyhodnocení vlastností materiálů součástek a poskytování návrhů na vylepšení založených na datech.
5. Testování a ověřování spolehlivosti: Navrhněte teplotní cykly, zkoušky mechanickými rázy a tříbodové ohybové zkoušky pro reprodukci poruch a ověření účinnosti zlepšovacích opatření.
Společnost Benlida vyrábí desky plošných spojů a montuje desky plošných spojů (PCBA) již více než deset let. Díky přísnému dodržování procesní disciplíny a dohledu jsme minimalizovali potenciální rizika praskání součástek během montáže a dobře vyvažovali namáhání. Pokud hledáte dodavatele desek plošných spojů a desek plošných spojů, neváhejte kontaktovat společnost Benlida a dozvědět se více!
O autorovi:
Sonic Yang
Jakožto hlavní obor elektroniky a mechanické automatizace se společnost Sonic již přibližně 22 let zabývá návrhem desek plošných spojů, výzkumem a vývojem a výrobou elektroniky jako technický ředitel a koordinuje dodavatelský řetězec (komponenty a CNC díly) a poskytuje profesionální podporu a konzultace zákazníkům po celém světě.
cs
WhatsApp