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电路板零件掉落,该如何着手分析、判断并理清问题点

发布时间 :2016-07-14 15:17 阅读 : 来源 :技术文章责任编辑 :深圳宏力捷PCBA部
电路板零件掉落】似乎是很多制程及品管工程人员的梦餍,深圳宏力捷之前也曾经撰文分享过自己遇到的几个零件掉落的案例,只是每个人所遇到的问题都不尽相同,有鉴于许多新手碰到这类问题大多不知该从何下手开始分析,所以这里就来分享一下自己的方法与步骤给大家参考。
(当然,欢迎专业人士提出您的见解,毕竟有意见或火花才会有进步,深圳宏力捷也不敢说自己的方法或步骤就是最好,就只是经验分享。)
一般如果是电路板上的零件掉落,其问题大多与「焊接品质」脱离不了关系, 而其最终答案似乎不外乎下列几种之一,或是混合两种以上结果:
1、电路板子的表面处理有问题。
2、零件的焊脚表面处理有问题。
3、板子或零件储存条件不良造成氧化。
4、回焊(Reflow)温度制程出问题。
5、焊接强度无法承受实际使用的外力影响。
 
电路板零件掉落不良分析的几个步骤:
以下就针对电路板零件掉落来分析步骤来陈述。
第一步,资讯取得
这点很重要,如果源头错了,后面再怎么精彩都是白费。
请先向问题反应者确认不良现象的描述为何,并且先试着查询了解下列的资讯:
1、发生什么问题?请尽量将不良的现象描述清楚。零件是在什么情况下掉落?产品有没有摔落过?在什么环境下发生的(加油站、室外、室内、空调)?有没有经过什么特殊的测试(高低温)?
2、问题发生在客户端?还是生产制程中?问题是在制程的那一个步骤发生或发现?
3、问题是什么时候发生的?是生产过程中发现?或是成品测试时才发现?不良品有没有集中在同一个Date-code?
4、板子的表面处理为何?ENIGOSPHASL ENIG会有黑镍问题,HASL会有第二面过炉吃锡不良问题,OSP会有过期吃锡不良的问题。
5、板子的厚度? 0.8mm?1.0mm?1.2mm?1.6mm? 板子越薄,变形弯曲的机会就越大,锡裂的问题也就可能越多。
6、零件焊脚的表面处理为何?Matte Tin?镀金?
锡膏的主要成份?SAC305(锡银铜)?SCN(锡铜镍)? 不同锡膏的熔点会不一样。
7、如果可以调出当时的reflow量测曲线最好。
 
第二步,取得不良品,保留证据以利后续分析
请取得不良品的电路板实板,如果零件已经完全掉落,最好也要取得掉落的零件,这样才有对照组可以作完整的分析。不良品如果不只一件,衡量实际状况,可以取得越多越好。
 
第三步,检查电路板的焊性
拿到不良品后,要同时检查电路板及零件脚的焊性,观察其间的差异。
检查焊性时,建议要在显微镜(microscope)下观察,这样比较可以看到一些细微的问题。
电路板零件掉落,该如何着手分析、判断并理清问题点
要查看焊锡在电路板的焊垫(盘)上有无拒焊或是缩锡(de-wetting)等不良现象,这类问题通常来自电路板的表面处理不良或是电路板的储存环境不佳以致造成焊垫氧化而引起。
当然有时候也会有回焊炉温度不足造成焊不上去的问题。这时候可以用烙铁试看看焊垫能不能吃锡,如果连烙铁都吃不了锡,就几乎可以判定为PCB本身的问题了。
请注意:有些喷锡板使用「锡铜镍(SCN)」的成分,其熔点比SAC305高了10°C。SAC305熔点为217°C;SCN熔点为227°C。
如果也可以进一步排除电路板储存条件不良所造成的氧化,就可以请PCB供应商过来直接看产品,或是把PCB退给供应商分析处理了。
如果有争议,可以先量测表面处理的厚度。一般ENIG要检查金层及镍层的厚度;而HASL要检查喷锡的厚度,OSP就直接看有无氧化。
如果还有争议,就要作切片作详细的分析了。
 
第四步,检查掉落零件脚的焊性
建议也要在显微镜下观察零件脚的焊锡性,这样比较可以看到一些细微的肉眼看不到的现象。
要查看零件脚上是否吃锡良好,建议检查一下零件脚的镀层组成成份,查看看其熔锡温度是否符合迴焊炉的温度。有些使用银镀层溅镀处理的零件,其溅镀银只是附着在零件表面,其银成份容易被SAC锡膏吃掉,造成焊接强度降低的问题。
请注意,有些零件脚的切断面会有露铜没有电镀的区域,这个地方通常不易吃锡,但一般都会设计在不需要吃锡或是不重要的地方。QFN侧面就不一定要吃到锡。 
更多阅读: 
QFN封装的焊接品质 
 
第五步,检查掉落的零件脚是否连带焊垫一起带起
如果电路板及零件脚的焊性都没有问题,就要看看电路板上的焊垫/焊盘是否也脱离了或连在掉落的零件脚上,如果是,也可以进一步确认零件与PCB的焊接是良好的,更可以证明回焊(Reflow)没有问题。
如果焊垫没有被掉落的零件一起带走,这时候可以先检查回焊的温度曲线有无符合锡膏的要求,如果有多馀的不良品,最好可以用烙铁试看看能否将掉落的零件焊接回电路板。如果可以焊得回去,表示温度或是锡膏可以加强来克服这个问题,不过建议要作一下零件的推力测试,拿确认没有问题的板子,与现在重新调整锡膏与温度曲线的板子,一起作推力比较有无差异,如果有差异,建议检查一下PCB的表面处理,有时候表面处理不良,会造成局部焊垫氧化,ENIG的表面处理可能有黑垫问题,HASL的第二面可能会有IMC已经生成问题。
 
第六步,检查零件掉落的断面
请在显微镜下观察电路板及零件脚的剥离面,看看其断面是粗糙或是光滑面。粗糙面通常是受到一次性的外力造成零件剥离掉落;光滑面通常是长期震动下造成的断裂,如果是ENIG的PCB也有可能是黑镍造成剥落在镍层。
 
第七步,切片检查IMC打EDX
如果以上的步骤都没有办法判断零件掉落的问题,最后就要作破坏性的切片了,切片的时候建议电路板及掉落的零件都要作。
作切片的目的有二:
1、检查有无IMC生成,IMC生成是否均匀,另外要打EDX看看是哪种IMC成份。不在乎IMC的厚度,IMC如果生长不均匀或局部没有生成就会降低焊锡的强度,零件的推力就会降低。IMC生长不良原因可能是氧化或温度不足。 
延伸阅读:PCB焊接强度与IMC的关系
2、精淮的确认断裂的地方发生在哪一层。 
如果断裂点在IMC层,通常表示焊锡性没有问题,但是焊锡强度不足以应付外力对它的衝击,这一般是社计上必须解决的问题。只是有些RD会要求BGA或零件加Underfill或点胶来补强。 
如果断裂面不在IMC层而在PCB端,那就比较偏PCB的问提了。 
相反地,如果断裂面在零件端,就比较偏向零件的问题。


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