Grundorsakerna till att komponenter spricker kommer från mekanisk eller termisk stress: under tillverkning, montering eller drift, och stressen överstiger materialets mekaniska hållfasthet (vanligtvis keramik, kisel eller plastinkapsling). Detta är ett typiskt problem med processtillförlitlighet.
Kärnorsaken är "stresskoncentration" och de specifika orsakerna kan kategoriseras enligt följande:
I. Sprickor orsakade av termisk stress (en av de vanligaste orsakerna)
1. Temperaturchock vid omlödning
● Orsak: Felaktig överensstämmelse i värmeutvidgningskoefficienterna mellan komponenterna och lödfogarna, eller mellan komponenten och kretskortssubstratet. Under den snabba uppvärmnings- och kylningsprocessen vid reflowlödning är sammandragningen/utvidgningen av olika delar inkonsekvent, vilket genererar interna skjuvkrafter.
● Typiska egenskaper: Sprickor uppstår ofta vid övergången mellan lödfogen och komponenterna, eller i mitten av komponenternas undersida. Förekommer ofta på MLCC:er (flerskikts keramiska kondensatorer), tjockfilmsmotstånd och stora keramiska kapslade komponenter.
2. Sekundär överhettning under våglödning
● Orsak: På kretskort som har genomgått SMT-montering exponeras komponenterna för högtemperaturlödning under en längre period under våglödning, vilket leder till ackumulerad termisk stress.
● Typiska egenskaper: Förekommer på kretskort när blandade monteringsprocesser krävs; spruckna komponenter monteras ofta med SMT, placerade på ytan (botten) för våglödning.
3. Felaktiga omarbetningsoperationer
● Orsak: Lokal högtemperaturuppvärmning (varmluftspistol) och snabb kylning skapar en stor lokal termisk gradient.
● Typiska egenskaper: Slumpmässiga sprickbildningar uppstår i komponenter runt omarbetningsområdet.
II. Sprickor orsakade av mekanisk stress
1. Separationsstress
● Orsak: Böjnings- eller vibrationsspänningar som genereras under mekanisk skärning (V-skärning eller annan separator) eller manuell uppdelning kan överföras direkt till spröda komponenter.
Typiska egenskaper: Spruckna komponenter finns nära kretskortets kant eller V-skurna spår. MLCC:er är särskilt sårbara.
2. Böjning eller deformation av kretskortet
● Monteringsprocess: Överdragning av skruvar, böjning av kortet under installation i fixturen och krafter vid insättning/utdragning av kontaktdon som orsakar deformation av kortet.
● Designproblem: Otillräcklig kretskortshållfasthet, vilket orsakar böjning under sin egen vikt eller externa krafter.
● Typiska egenskaper: Sprickor kan uppstå på stora komponenter nära mitten av kretskortet eller fasta punkter.
3. Testsonder eller externa påverkan
● Orsaker: För högt tryck från sonderna under kretsprovning eller funktionstestning; fall eller kollisioner under produktionshantering.
● Typiska egenskaper: Lokala skador, eventuellt med synliga externa nedslagspunkter.
III. Matchningsfrågor gällande komponent- och processdesign
1. Olämplig dyndesign
● Orsaker: För stora eller för små lödpunkteringar leder till dålig lödfogform efter omsmältning, vilket skapar ytterligare drag- eller tryckspänning på komponenterna.
● Typiska egenskaper: Ena änden av komponenten är uppdragen (gravstenseffekt), eller så är botten alltför komprimerad.
2. Komponentval och layoutproblem
● Orsak: Överdimensionerade (t.ex. 1210 och större) MLCC:er eller keramiskt kapslade komponenter användes i spänningskänsliga områden (t.ex. nära kortkanter, skruvhål, böjar).
● Typiska egenskaper: Batchproblem med samma specifikationer på specifika platser.
3. Öppningar i schabloner och problem med lödmängd
● Orsak: För mycket lödpasta, vilket resulterar i alltför höga lödfogar efter omsmältning, vilket orsakar stress genom att "lyfta" komponenterna under kylning och stelning.
● Typiska egenskaper: Komponenterna är upplyfta och överflödigt lödtenn syns på undersidan.
IV. Material- och interna defekter
1. Mikrosprickor i själva komponenten
● Orsak: Interna mikrosprickor fanns i komponenterna under produktionen (t.ex. under tillverkningen av MLCC:er), och dessa sprickor fortplantade sig under efterföljande belastning.
● Typiska egenskaper: Felet är slumpmässigt; den ursprungliga defekten kan detekteras genom röntgen- eller tvärsnittsanalys.
2. Sprickbildning i enheten efter fuktabsorption
● Orsak: När plastinkapslade enheter (som integrerade kretsar) absorberar fukt, förångas den inre fukten och expanderar under de höga temperaturerna vid reflow-lödning, vilket skapar en "popcorn"-effekt.
● Typiska egenskaper: Plastförpackningen buktar ut och spricker, vilket ofta förekommer på enheter som inte har härdats ordentligt efter att ha förvarats i fuktiga förhållanden.
Felsökning och lösningar:
När sprickbildning uppstår rekommenderas att följa dessa steg för analys:
1. Platsanalys: Bekräfta placeringsmönstret för de spruckna komponenterna (om de är nära kanten av kretskortet eller spänningspunkterna) och typmönstret (om de alla är stora MLCC:er eller samma typ av komponent).
2. Morfologisk observation: Använd ett optiskt mikroskop, röntgen och tvärsnittsanalys för att observera sprickans ursprung och väg, och avgöra om den är av termisk spänningstyp (från lödänden och inåt) eller mekanisk spänningstyp (lateral brott).
3. Processretrospektiv: Kontrollera avpaneleringsprocessen, omlödningsprofilen (särskilt temperaturökning/-fall), omarbetningsregister och testfixturer. 4. Design- och materialinspektion: Granska kretskortslayout och dyndesign, bekräfta komponentspecifikationernas mekaniska belastningskrav och utför stickprovsbelastningstester på inkommande komponenter vid behov.
Förebyggande är bättre än lösningar efteråt
Viktiga tillvägagångssätt: optimering av kretskortslayout, förbättring av depaneleringsprocesser (helst med fräsar), kontroll av temperaturprofiler för reflow-lödning, utföra spänningssimulering på känsliga komponenter och undvikande av kretskortsböjning under montering.
När man stöter på komplexa problem med sprickbildning i komponenter, överväg följande analys av fel och detekteringsmetoder för att snabbt hitta grundorsaken:
1. Icke-förstörande inspektion: Använd 3D-röntgen för att inspektera interna sprickor, hålrum och lödförhållanden för att lokalisera defekter.
2. Morfologi- och sammansättningsanalys: Observera sprickornas mikroskopiska morfologi med hjälp av optiska mikroskop och SEM/EDS, analysera brottsammansättningen och bestäm brottmoden (spröd/duktil brott).
3. Sektionsanalys: Genom precisionssektionering (CP) och färgning, exponera sprickors exakta ursprung och utbredningsväg, vilket är ett viktigt sätt att skilja mellan termisk stress och mekanisk stress.
4. Process- och materialutvärdering: Mät lödfogens IMC-tjocklek, analysera kretskortsdeformation, utvärdera komponentmaterialegenskaper och ge datadrivna förbättringsförslag.
5. Tillförlitlighetstestning och verifiering: Utför temperaturcykling, mekaniska stötar och trepunktsböjningstester för att reproducera fel och verifiera effektiviteten av förbättringsåtgärder.
Benlida har tillverkat och monterat kretskort och PCBA i över ett decennium. Genom att noggrant följa processdisciplin och övervaka har vi kunnat minimera de potentiella riskerna för att komponenter spricker under montering och väl balansera spänningarna. Om du letar efter en leverantör av kretskort och PCBA är du välkommen att kontakta Benlida för att utforska mer!
Om författaren:
Sonic Yang
Som huvudämne inom elektronik och mekanisk automation har Sonic arbetat med kretskortsdesign, forskning och utveckling samt tillverkning av elektronik i cirka 22 år. Han var teknisk chef och koordinerade med leveranskedjan (komponenter och CNC-delar) och tillhandahöll professionellt stöd och konsultationer till globala kunder.
sv
WhatsApp