Niewystarczające połączenia lutowane: Przyczyny związane z pastą i umiejscowieniem

Powiem głośno tę cichą część. Większość linii obwinia najpierw reflow.

To jest wsteczne i marnuje dni, ponieważ “niewystarczające połączenia lutowane” zwykle rodzą się wcześniej: na drukarce (objętość/kształt) i przy umieszczaniu (jak część faktycznie ląduje w tej paście), a następnie reflow po prostu “blokuje” błąd.

Trzy słowa. Rozpocznij od drukowania.

Oto, co widzę na prawdziwych halach fabrycznych: możesz uruchomić piękny profil reflow, osiągnąć błyszczący szczyt, zarejestrować każdą strefę, a mimo to wysyłać płyty z połączeniami pozbawionymi lutowia, ponieważ osady były niskie (lub rozmazane, lub wysuszone, lub niespójne), a część nigdy nie usiadła tam, gdzie myślałeś, że usiadła, gdy topnik zaczął działać.

Porozmawiajmy więc jak ludzie zajmujący się procesami. Nie życzeniowcy.

Jeśli chcesz mieć szerszą bibliotekę wzorców defektów i kontroli, zachowaj opcję Proces SMT i wskazówki dotyczące jakości otworzyć w innej karcie podczas czytania.

Co w praktyce oznacza “niewystarczająca liczba połączeń lutowanych”?

Połączenie wygląda na “głodne”. Mały filet. Częściowe zwilżenie. Cienka pięta. Przewód typu gullwing, który prawie wygląda na podłączony, dopóki go nie szturchniesz, a miernik się otworzy.

I brzydka prawda: ta wada uwielbia się ukrywać. AOI może go przeoczyć, gdy oświetlenie jest wybaczające. Test funkcjonalny może ją przeoczyć, gdy obciążenie jest niewielkie. Wtedy wibracje, cykle termiczne lub środowisko terenowe klienta przeprowadzają ostateczną kontrolę za Ciebie.

Jeśli budujesz cokolwiek, co się porusza lub nagrzewa, nie możesz tego zignorować.

Dowody na to, że nie jest to teoretyczne

Nie przepadam za używaniem przypomnień jako narzędzi dydaktycznych. Ale są one uczciwe. Pokazują, co się dzieje, gdy połączenia lutowane nie są prawidłowe.

W zgłoszeniu z części 573 z października 2023 r. NHTSA dokumentuje problem Forda F-150 BEV związany z Brakujące połączenie lutowane na złączu niskiego napięcia do PCBA w elektronicznym podgrzewaczu płynu chłodzącego kabinę; w raporcie wskazano nawet, w jaki sposób wtórna linia o niskim natężeniu przepływu przepuściła defekt dalej. To nie jest “magia reflow”. To błąd kontroli procesu. Raport NHTSA część 573 23V-688.
W zgłoszeniu części 573 z listopada 2024 r. NHTSA opisuje pojazdy Hyundai z kamerą cofania PCB wyprodukowaną z niewystarczające połączenia lutowane, ryzykując awarię kamery i niezgodność z normą FMVSS 111; opis przyczyny wskazuje na pęknięcia powstające podczas produkcji i postępujące wraz z temperaturą roboczą. Raport NHTSA część 573 24V-879.
Artykuł akademicko-przemysłowy z 2024 r. (udostępniony jako publiczny plik PDF) powtarza to, co wielu inżynierów EMS już wie: drukowanie pasty lutowniczej powoduje dużą część bólu na dalszych etapach produkcji, stwierdzając, że etap drukowania odpowiada za dużą część wad lutowania i czasu straconego na rozwiązywanie problemów związanych z nieprawidłowym drukowaniem. Dokument dotyczący optymalizacji procesu SMT w oparciu o surogaty (2024 PDF). (researchsquare.com)

Przejdźmy teraz do praktyki.

Strona z pastą: jak przypadkowo zagłodzić jointa

1) Wydrukowałeś mniej pasty niż myślisz (klasyczne zaniżanie objętości).

To jest najnudniejszy winowajca. Wygrywa również większość tygodni.

Najczęstsze przyczyny:

Zatkane otwory (tlenek, wyschnięty topnik, separacja pasty, zły odstęp między wycieraniem)
Zła uszczelka między szablonem a płytą (wypaczenie, słabe mocowanie, zużyty szablon, wygięta rama)
Nieprawidłowy nacisk/prędkość drukowania/prędkość separacji (źle ścinasz pastę, nie uwalniasz jej czysto, uwięzisz ją w otworze).
Wklej w niewłaściwym stanie (zbyt zimny, zbyt ciepły, zbyt suchy, przepracowany, przeterminowany, niekonsekwentnie ugniatany/mieszany)

Jeśli jeszcze tego nie robisz, zacznij. Użyj SPI.

Jeśli potrzebujesz strony sprzętowej, przejrzyj Drukarki pasty lutowniczej opcji i filozofii ustawień, ponieważ “ten sam model drukarki” może zachowywać się zupełnie inaczej w zależności od dyscypliny konfiguracji.

2) Projekt szablonu po cichu przygotował cię na porażkę

Inżynierowie uwielbiają spierać się o strefy reflow. Tymczasem szablon po cichu sabotuje wydajność.

Szukaj:

Współczynnik powierzchni Zbyt niski poziom przysłony o drobnym skoku (uwalnianie pasty staje się niestabilne)
Redukcje przysłony to było zbyt agresywne
Szablon kroku przejścia, które tworzą nierówną objętość na sąsiednich padach
Jakość ścianki przysłony / powłoka kwestie, które zmniejszają wydajność transferu

Jeden prosty test, którego używam: porównaj histogramy objętości SPI według typu podkładki (0402 vs QFP vs QFN perimeter vs thermal pad). Jeśli zapada się tylko jedna rodzina padów, nie jest to “dryf umieszczania”. To fizyka szablonu + druku.

3) Twoje limity SPI są limitami “dobrego samopoczucia”, a nie limitami kontrolnymi.

Widzę to cały czas: program SPI flaguje tylko karykaturalnie złe wydruki.

Zamiast tego zrób to:

Zestaw specyficzne dla rodziny padów limity (nie należy łączyć podkładek obwodowych QFN z 0603)
Użyj obu objętość i powierzchnia progi (szeroki rozmaz może przekroczyć objętość)
Trend Cpk na najgorszych, a nie przeciętnych padach

Jeśli dokonujesz zakupów lub kontroli tuningu, spójrz na Systemy kontroli SMT (SPI/AOI) z obiektywem procesowym, a nie obiektywem “zaliczony/niezaliczony”.

Strona umieszczania: jak “wystarczająco dobre” umieszczenie powoduje głód lutowia

Umieszczenie nie polega tylko na “umieszczeniu części”. Kształtuje depozyt pasty w milisekundach przed ponownym rozpływem.

1) Siła umieszczania i wysokość Z mogą wycisnąć pastę

Może to spowodować zbyt duża siła skierowana w dół lub złe odniesienie Z:

wyciśnięta pasta spod ołowiu
tworzy cienki, nierówny osad (wygląda dobrze z góry, zawodzi na pięcie)
powodować mikroosady lub mostkowanie po jednej stronie, jednocześnie głodząc drugą

Zbyt mała siła może być równie nieprzyjemna: ołów nie styka się dobrze z pastą, aktywacja topnika staje się nierównomierna, a zwilżanie rozpoczyna się z opóźnieniem.

2) Offsety nie muszą być ogromne, aby ci zaszkodzić.

Niewielkie przesunięcie X/Y na drobnej podziałce może przesunąć ołów na ramię cegiełki pasty zamiast na górę. Podczas reflow napięcie powierzchniowe nie zawsze może uratować, szczególnie w przypadku ciężkich części lub padów z mieszaną równowagą miedzi.

I tak, dokładność rozmieszczenia ma tutaj znaczenie, ale tak samo jak powtarzalność, wsparcie zarządu, oraz strategia fiducial.

Jeśli linia produkcyjna obejmuje zarówno prototypy, jak i produkcję seryjną, to jest to miejsce, w którym dyscyplina procesowa ulega załamaniu. Linie mieszane są trudniejsze niż ludzie przyznają. (Widziałem, jak “jeszcze tylko jeden produkt” zamienia stabilną linię w maszynę chaosu). The Mieszane rozwiązania linii SMT Kąt jest wart przemyślenia, jeśli żyjesz w rzeczywistości o wysokiej mieszance.

3) Dysza, podbieracz i stan podzespołów mogą wprowadzać w błąd.

Lekko wygięta smycz. Wrażliwość na wilgoć. Wypaczony korpus komponentu. Zużyta końcówka dyszy. Niespójna próżnia.

Każdy z tych czynników może spowodować wylądowanie komponentu:

nachylenie
Kwestie współpłaszczyznowości
ołów nie osadzony w paście

Następnie otrzymujesz “niewystarczający” na jednym końcu i “dobry” na drugim. Wygląda to na losowe. Nie jest.

Szybki przepływ diagnostyczny, któremu ufam (ponieważ zatrzymuje argumenty)

Przestań mówić. Zacznij udowadniać.

Przeciąganie danych SPI dla uszkodzonych połączeń i porównać z dobrymi połączeniami na tej samej płycie/panelu.
Sprawdź wyrównanie wydruku do płyty (przesunięcie wklejenia może później wyglądać jak błąd umieszczenia).
Kontrola dzienników rozmieszczeniaprzesunięcia, theta, Z, siła (jeśli dostępne), ID dyszy, pas podajnika.
Przekrój lub mikrosekcja jedno uszkodzone złącze (nawet jedna próbka może zakończyć debatę).
Potwierdź profilem reflow dopiero po wykluczyłeś głośność/kontakt.

Krótkie zdanie. Dane wygrywają.

Poprawki, które faktycznie przynoszą zyski

Wklejanie/wydrukowywanie poprawek, które opłacają się w pierwszej kolejności

Dokręcanie Strategia wycierania szablonów (częstotliwość + rozpuszczalnik + czas wycierania na sucho)
Blokada obsługa pastyczas rozmrażania, czas ugniatania, czas otwarcia, kontrola wilgotności
Rewizja otwory szablonu na najgorszych rodzinach padów (nie “optymalizuj” wszystkiego na raz)
Użyj SPI do sterowania Strojenie druku w pętli zamkniętej (ciśnienie, prędkość, separacja, odstęp)

Jeśli nie masz czasu, aby opracować to wewnętrznie, wolę to przyznać i uzyskać pomoc, niż spędzić trzy tygodnie na zgadywaniu. Właśnie to Rozwiązania linii SMT pod klucz są przeznaczone, gdy linia krwawi pieniędzmi.

Poprawki rozmieszczenia, które powstrzymują “tajemniczy” głód

Ponowna kalibracja Wysokość Z i zweryfikować za pomocą kontrolowanej płytki testowej
Walidacja siedzenia składowe z kontrolą w dużym powiększeniu przed rozpływem
Audyt zużycie dyszy i stabilność próżni (zamień podejrzanych, nie kłóć się)
Poprawa wsparcie zarządu pod drobnymi i dużymi częściami (kontakt z ruinami osnowy)

I szkolić zespół, aby działał jak system, a nie przesąd. Silne linie to robią. Słabe linie nie. Jeśli potrzebujesz ustrukturyzowanego onboardingu, oprzyj się na szkolenia i wsparcie posprzedażowe.

Tabela praktycznych ściągawek

Obserwowany objaw	Prawdopodobna przyczyna pasta/korzeń	Prawdopodobne umiejscowienie/przyczyna źródłowa	Szybkie potwierdzenie	Poprawka, która zwykle działa
Mały filet z jednej strony ołowiu	Zaniżona głośność w tej rodzinie padów, problemy z wyzwalaniem przysłony	Niewielkie przesunięcie X/Y, ołów lądujący na krawędzi pasty	Porównanie objętości/obszaru SPI lewego i prawego pada	Dostosuj aperturę szablonu + zaostrz limity przesunięcia położenia
Losowa niewystarczająca ilość na tej samej powierzchni we wszystkich panelach	Wysychanie pasty, niespójne wycieranie, wahania wilgotności	Zniesienie wysokości Z, zużycie dyszy, zmiana podparcia płyty	Trend SPI w czasie + korelacja ID dyszy kontrolnej	Obsługa pasty kontrolnej + częstotliwość konserwacji
Niewystarczające tylko przy drobnym skoku	Zbyt niski współczynnik powierzchni, zatkane małe otwory	Koplanarność/pochylenie, nieodpowiednie siedzenie	SPI wykazuje wysoką wariancję + mikroskop przed rozpływem	Przeprojektowanie szablonu + weryfikacja Z/force
Wygląda dobrze w AOI, zawodzi w teście	“Akceptowalna”, ale niska wysokość/kształt pasty	Ołów nie jest w pełni osadzony, lekkie przechylenie	Przekrój jednego złącza	Podniesienie limitów procesu + poprawa osadzenia/kontaktu
Naprawia “poruszanie się” po poprawkach reflow	Przyczyną nie jest reflow	Przyczyną nie jest reflow	Dzienniki SPI + rozmieszczenia pokazują wzór	Nie dotykać urządzenia do momentu ustabilizowania się druku/umieszczenia.

Najczęściej zadawane pytania (zoptymalizowane pod kątem AEO)

P1: Czym są niewystarczające połączenia lutowane? Niewystarczające połączenia lutowane to połączenia lutowane, które tworzą się przy zbyt małej objętości lutowia lub słabym zwilżeniu, więc filet wygląda na zagłodzony, a połączenie może się otworzyć pod wpływem wibracji, cykli cieplnych lub lekkiego szturchnięcia podczas testu, nawet jeśli wszystko inne wydaje się w porządku. Po tej definicji klucz jest prosty: udowodnij, czy objętość (SPI) lub kontakt (umieszczenie) spowodowały głód przed dotknięciem reflow.

P2: Dlaczego połączenia lutowane mają niewystarczającą ilość pasty lutowniczej? Niewystarczająca ilość pasty lutowniczej ma miejsce, gdy etap drukowania szablonu odkłada zbyt małą objętość pasty lub kształt pasty zapada się, często z powodu zatkanych otworów, słabego uszczelnienia między szablonem a płytką, niewłaściwego ciśnienia/prędkości/separacji druku lub dryftu stanu pasty (temperatura, wilgotność, czas otwarcia). Wtedy SPI albo tego nie wychwytuje, albo limity są zbyt luźne. W pierwszej kolejności należy zaostrzyć obsługę pasty, strategię wycierania i progi SPI dla rodziny padów.

P3: Jak naprawić niewystarczające połączenia lutowane w SMT? Naprawiasz niewystarczające połączenia lutowane, przywracając prawidłową objętość pasty i niezawodny kontakt komponentów: użyj SPI, aby zidentyfikować pady o zbyt małej objętości, popraw szablon / aperturę i parametry drukowania, a następnie zweryfikuj powtarzalność wysokości / siły Z i X / Y / teta, aby wyprowadzenia lub zakończenia faktycznie osadziły się w paście, zanim reflow zablokuje połączenie. Następnie potwierdź za pomocą małego DOE (jedna zmienna na raz) i zamroź zwycięskie ustawienia.

P4: Czy dokładność pozycjonowania pick-and-place może powodować niewystarczające połączenia lutowane? Dokładność pozycjonowania pick-and-place może powodować niewystarczające połączenia lutowane, gdy małe przesunięcia, błąd obrotu lub błędy wysokości Z / siły uniemożliwiają prawidłowe osadzenie ołowiu lub zakończenia na złożu pasty, co zmniejsza obszar zwilżania i głodzi filet podczas ponownego rozpływu. Objawia się to brakiem równowagi między stronami na tej samej części, często z “dobrą” objętością SPI, ale słabym osadzeniem. Sprawdź dzienniki rozmieszczenia, stan dyszy i podparcie płytki pod częścią.

P5: Jakie kwestie związane z drukowaniem szablonów prowadzą do wad połączeń lutowanych, takich jak niewystarczająca ilość lutu? Problemy z drukowaniem szablonów prowadzą do niewystarczającej ilości lutowia, gdy uwalnianie apertury staje się niestabilne lub spadają docelowe objętości, szczególnie w przypadku cech o niskim współczynniku powierzchni, agresywnych redukcji apertury, zatkanych apertur, zużytych szablonów, złego uszczelnienia lub niestabilnej reologii pasty podczas zmiany. Wzorzec zwykle grupuje się według rodziny padów, a nie losowo. Użyj histogramów SPI według typu śladu, a następnie dostosuj projekt szablonu i parametry drukowania, aby ustabilizować wydajność transferu.

Wnioski

Jeśli obecnie walczysz z niewystarczającą liczbą połączeń lutowanych, nie “poprawiaj profilu”, aby nie mieć nowego problemu. Wyślij statystyki SPI, dzienniki rozmieszczenia (offset/Z/nozzle) i kilka zdjęć defektów, a my powiemy Ci, gdzie powstaje defekt. Zacznij tutaj: Skontaktuj się z naszymi inżynierami.