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锡裂不一定是SMT制程问题,只是应力大于结合力的必然结果

发布时间 :2018-02-27 10:20 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA加工部
其实已经不是一两次被这样质疑了,我们家的RD,尤其是新进的RD,似乎每次只要一碰到电路板组装(Printed Circuit Board Assembly, PCBA)上有电子零件掉落或是焊锡破裂的问题,第一个反应就是先跑来质疑我们SMT组装工厂的焊锡一定有问题,而且还会很大声的要求并希望工厂可以增加锡膏量来增加焊锡强度。这真的是够了!
 
首先要澄清一件事,「焊锡强度基本上应该与焊接的面积成正比」,若是想增加焊锡强度不是一味的增加焊锡量就可以,而是要增加零件脚的焊锡面积,在PCB焊垫表面处理、焊垫大小或零件焊脚形状不改变的原则下,仅增加锡膏量是很难增加焊锡强度的,深圳宏力捷之前就已经有撰文说明过这个观念,这里不再赘述,详细请参考「PCBA大讲堂:电子零件焊接强度的观念澄清」一文,而判断焊锡焊接得好不好(吃锡吃得好不好),基本上只要拿去做切片后检查其IMC的生长分布得是否均匀就可以知道了,如果IMC没有问题,那么再如何要求SMT工厂增加焊锡量都无济于事。
 
如果你还不知道IMC是什么?建议你先看看这篇文章以了解【PCB焊接强度与IMC的关系】。
 
其实,已经焊锡好的电子零件之所以会掉落或发生锡裂,其主要原因应该可以归结为:
【应力(stress) > 结合力(bonding-force)】
电子零件因为受到应力作用,然后从结合力最脆弱的地方开始依序裂开。而「焊锡强度」只是整个「结合力(bonding-force)」的其中一环而已。
 
如果想要彻底解决零件掉落的问题就必须从下面几个面向着手改善:
▪ 增加PCBA的结合力。 
加大焊垫/焊盘的尺寸,可以考虑更改「NSMD焊垫」为「SMD焊垫」,并在焊垫上设计via并电镀塞孔(打地桩)。
▪ 增加零件对应力的抵抗能力。 
BGA封装的四个角落是锡球最容易发生焊锡破裂处,因为受到的应力最大,BGA设计时可以考虑在四个角落设计没有功能讯号的假球(Dummy-ball),可以起到保护四个角落焊点的目的。
▪ 透过机构设计降低应力对电路板变形之影响。 
可以考虑透过机构设计来顶住电路板容易变形的地方以减轻其弯曲量,也可以增强机构的刚性以防止其变形。
 
这里有一个观念深圳宏力捷必须再强调一次,电路板(PCB)设计完成后,组装板(PCBA)焊锡的结合力基本上也就大致固定下来了,但是应力(Stress)却是个可变因素,因为应力的来源无法完全受控,比如说产品震动或是不小心摔落地面…等因素,这也说明为何明明吃锡状态不变,但有些产品就是会发生零件掉落或锡裂,但有些产品则不会,因为它们受到了不同应力的作用,当焊锡的强度不足以抵抗应力时就会发生断裂。

正常来说,产品设计时应该要有安全系数的观念,深圳宏力捷个人建议安全系数至少要有1.2~1.5以上,也就是说产品设计所能承受的应力一定要高于预估应力的1.2~1.5倍以上,因为你永远不知道产品真正使用时所承受的应力是多少,而且电子零件使用一段时间后其焊接强度也会逐渐劣化变脆,降低其抵抗应力的能力。


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