電容斷裂是電子生產(chǎn)中常見的問題,尤其在陶瓷電容(MLCC)上,這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品早期失效或可靠性下降?防治電容斷裂需要從設(shè)計(jì)?材料?工藝?設(shè)備?操作和環(huán)境等多方面進(jìn)行綜合管控?以下是一些關(guān)鍵的防治措施:
一? 設(shè)計(jì)階段預(yù)防
- 優(yōu)化布局:
遠(yuǎn)離應(yīng)力集中區(qū): 避免將電容放置在PCB邊緣?連接器附近?螺絲孔周圍?分板線(V-cut)附近或大尺寸/高應(yīng)力元件(如變壓器?散熱器)旁邊?
遠(yuǎn)離彎曲區(qū)域: 如果PCB在使用中可能發(fā)生彎曲(如安裝在機(jī)殼內(nèi)),確保電容不位于預(yù)期的彎曲軸線上?
方向性: 對于矩形電容,長邊平行于預(yù)期的PCB彎曲方向或分板方向(如果不可避免靠近分板線)通常能承受更大應(yīng)力?避免電容長邊垂直于彎曲/分板方向?
- 優(yōu)化焊盤設(shè)計(jì):
對稱性: 確保兩端焊盤尺寸對稱(長?寬?間距),避免因熱膨脹系數(shù)不匹配造成單側(cè)應(yīng)力過大?
尺寸匹配: 焊盤尺寸應(yīng)與電容端電極尺寸良好匹配?過大的焊盤可能導(dǎo)致焊料過多,在冷卻時(shí)產(chǎn)生更大收縮應(yīng)力;過小的焊盤則影響焊接強(qiáng)度和散熱?遵循元器件規(guī)格書或IPC標(biāo)準(zhǔn)建議?
阻焊層開窗: 確保阻焊層開窗準(zhǔn)確,避免阻焊爬上焊盤,影響焊接或產(chǎn)生應(yīng)力?
熱焊盤/散熱通道: 對于需要散熱的電源電容,合理設(shè)計(jì)熱焊盤和散熱通道,避免局部溫度過高或溫差過大?
- 考慮CTE匹配: 在可能的情況下(特別是大尺寸或高可靠性要求的電容),選擇電容基體材料(陶瓷)與PCB基板材料的CTE盡量接近,減少熱循環(huán)過程中的應(yīng)力?
二? 材料與來料管控
- 選擇高質(zhì)量電容:
選擇信譽(yù)良好?質(zhì)量穩(wěn)定的供應(yīng)商?
優(yōu)先選擇具有更高機(jī)械強(qiáng)度(如柔性端電極)或抗彎曲性能的電容型號(hào)(供應(yīng)商通常會(huì)標(biāo)明)?
對于大尺寸電容(如1206及以上),特別關(guān)注其機(jī)械可靠性規(guī)格?
- 嚴(yán)格的來料檢驗(yàn):
實(shí)施IQC檢查,包括外觀檢查(有無破損?裂紋)和電性能抽檢?
對于高可靠性產(chǎn)品,可考慮進(jìn)行抽樣X光檢查或切片分析,排查內(nèi)部微裂紋?
- MSD管控:
陶瓷電容通常屬于濕敏元件?嚴(yán)格遵守濕敏元件的存儲(chǔ)(濕度卡?干燥柜)?烘烤(按等級(jí)和暴露時(shí)間)和使用規(guī)范,避免在回流焊過程中因內(nèi)部濕氣汽化導(dǎo)致“爆米花”效應(yīng)或內(nèi)部裂紋?
三? 生產(chǎn)工藝控制
- 印刷:
確保焊膏印刷均勻?厚度一致?位置準(zhǔn)確?使用激光鋼網(wǎng)和SPI進(jìn)行監(jiān)控?
鋼網(wǎng)開孔設(shè)計(jì)要合理,避免焊膏量過多或過少?過多焊膏在回流時(shí)易形成“墓碑”或增加冷卻應(yīng)力;過少則焊接強(qiáng)度不足?
- 貼片:
關(guān)鍵!控制貼裝壓力: 這是導(dǎo)致機(jī)械損傷的最直接原因之一?精確設(shè)置貼片頭的Z軸高度和貼裝力,確保電容被穩(wěn)定放置而不受過度擠壓?定期校準(zhǔn)貼片機(jī)?
吸嘴選擇與維護(hù): 使用尺寸合適?狀態(tài)良好的吸嘴,避免吸嘴劃傷或撞擊電容?
供料器調(diào)整: 確保供料器供料順暢,避免元件在拾取過程中受到撞擊或卡滯?
- 回流焊:
精確的溫度曲線: 這是防止熱應(yīng)力的關(guān)鍵?針對使用的具體焊膏和元件,優(yōu)化溫度曲線?
預(yù)熱區(qū): 升溫速率不宜過快(通常建議<3°C/s),使PCB和元件均勻?平緩升溫,減少溫差應(yīng)力?
保溫區(qū): 確保足夠時(shí)間使焊膏內(nèi)助焊劑活化并揮發(fā),減少飛濺,并使組件溫度更均勻?
回流區(qū): 峰值溫度和時(shí)間要足夠使焊料完全熔化并潤濕,但不可過高或過長,避免元件過熱受損或PCB變形?
冷卻區(qū): 控制冷卻速率(通常建議<4°C/s),避免因快速冷卻產(chǎn)生過大收縮應(yīng)力?理想的冷卻曲線應(yīng)接近線性?
爐溫均勻性: 定期測試爐溫均勻性,確保PCB不同位置?不同熱容量的元件都能達(dá)到要求的溫度曲線?
避免重復(fù)過爐: 盡量減少返修或二次過爐的次數(shù)?
- 波峰焊(如適用):
嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和時(shí)間,使組件在接觸焊料前達(dá)到足夠溫度,減少熱沖擊?
控制波峰焊的接觸時(shí)間和溫度?
對于雙面板,背面有電容時(shí),需特別注意其耐熱沖擊能力,或考慮其他焊接方式?
- 清洗(如適用):
避免使用過于強(qiáng)力的清洗方式或溶劑,防止對電容或焊點(diǎn)造成沖擊或腐蝕?
確保清洗后充分干燥?
四? 后段組裝與測試
- 分板:
最大風(fēng)險(xiǎn)源! 這是造成電容斷裂的最常見原因?
首選銑刀分板: 使用銑刀(Router)分板機(jī),振動(dòng)小,應(yīng)力小?確保分板路徑優(yōu)化,避開電容?
V-cut分板:
避免在靠近電容的地方設(shè)計(jì)V-cut?
使用高質(zhì)量?鋒利的分板刀?
精確控制分板壓力和深度?
考慮使用支持板或夾具,減少PCB彎曲?
絕對避免手工掰板!
- 插件與壓接:
避免在電容附近進(jìn)行需要大力操作的插件或壓接工序?
使用合適的工具和工裝?
- 螺絲鎖附:
避免在電容附近鎖螺絲?如果不可避免,嚴(yán)格控制扭矩,使用帶扭矩控制的螺絲刀,并確保螺絲孔周圍結(jié)構(gòu)穩(wěn)固?
鎖螺絲順序要均勻?
- 連接器插拔:
避免在電容附近設(shè)計(jì)需要頻繁插拔的連接器,或確保連接器插拔時(shí)不會(huì)導(dǎo)致PCB局部彎曲?
- 測試:
ICT測試: 確保測試針床支撐良好,測試點(diǎn)位置合理,避免測試探針對PCB或電容造成過大壓力?
功能測試: 操作人員或測試夾具在操作PCBA時(shí),避免按壓或彎曲PCB,尤其是有電容的區(qū)域?使用支撐治具?
- 搬運(yùn)與存儲(chǔ):
操作人員需輕拿輕放PCBA,避免跌落?撞擊或過度彎曲?
使用防靜電?有緩沖保護(hù)的周轉(zhuǎn)箱或托盤存儲(chǔ)和運(yùn)輸PCBA?
避免在PCBA上堆疊重物?
五? 過程監(jiān)控與失效分析
- AOI檢查: 在關(guān)鍵工位(如回流焊后?分板后)設(shè)置AOI,檢查電容是否存在偏移?立碑?明顯裂紋?缺件等缺陷?
- X光檢查: 對于BGA下方的電容或懷疑有內(nèi)部裂紋時(shí),進(jìn)行X光檢查?
- 功能測試與老化測試: 及早發(fā)現(xiàn)潛在的開路或間歇性故障?
- 嚴(yán)格的失效分析:
一旦發(fā)現(xiàn)電容失效,必須進(jìn)行徹底的失效分析(FA),確定斷裂模式(機(jī)械應(yīng)力?熱應(yīng)力?)和根本原因?
使用顯微鏡(光學(xué)?電子顯微鏡)觀察斷裂面形貌?
切片分析觀察裂紋起源和走向?
分析斷裂位置(靠近端電極?中間?)有助于判斷應(yīng)力來源?
- 持續(xù)改進(jìn): 基于過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和失效分析結(jié)果,持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)?工藝和操作規(guī)范?
總結(jié)關(guān)鍵點(diǎn)
分板是重中之重: 盡可能使用銑刀分板,并嚴(yán)格優(yōu)化分板路徑和參數(shù)?避免手工掰板!
控制機(jī)械應(yīng)力: 貫穿整個(gè)生產(chǎn)流程(貼片壓力?搬運(yùn)?測試?組裝),避免任何形式的撞擊?擠壓或彎曲?
管理熱應(yīng)力: 精確控制回流焊溫度曲線(特別是升降溫速率)和波峰焊預(yù)熱?
源頭設(shè)計(jì)優(yōu)化: 合理的布局和焊盤設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)?
來料與MSD管控: 確保元件本身質(zhì)量并防止?jié)駳鈫栴}?
過程監(jiān)控與FA: 及早發(fā)現(xiàn)問題,找到真因,持續(xù)改進(jìn)?
通過系統(tǒng)性地實(shí)施這些措施,可以顯著降低生產(chǎn)過程中電容斷裂的風(fēng)險(xiǎn),提高產(chǎn)品的良率和長期可靠性?記住,預(yù)防往往比事后返修更經(jīng)濟(jì)有效?
