Недостаточные паяные соединения: Причины, связанные с пастой и укладкой

Я собираюсь сказать тихую часть вслух. Большинство линий обвиняют в том, что они сначала расплавляются.

Это обратная ситуация, и на нее тратятся дни, потому что “недостаточные паяные соединения” обычно рождаются раньше: на принтере (объем/форма) и при размещении (как деталь фактически садится в эту пасту), а затем пайка просто “фиксирует” ошибку.

Три слова. Начните с печати.

Вот что я вижу на реальных фабриках: вы можете выполнить прекрасный профиль пайки, достичь блестящего пика, зарегистрировать каждую зону, и все равно отгрузить платы с соединениями, лишенными припоя, потому что осадок был низким (или размазанным, или сухим, или непоследовательным), и деталь не села туда, куда вы думали, когда флюс начал работать.

Так что давайте говорить как люди дела. А не выдавать желаемое за действительное.

Если вам нужна более обширная библиотека шаблонов дефектов и проверок, сохраните Руководства по процессу и качеству SMT открыть в другой вкладке во время чтения.

Что на самом деле означает “недостаточное количество паяных швов” на практике

Косяк выглядит “голодным”. Маленькое филе. Частичное смачивание. Тонкая пятка. Поводок, который выглядит почти соединенным, пока вы не подтолкнете его, и счетчик не закричит "открыто".

И вот уродливая правда: этот дефект любит прятаться. AOI может пропустить его, если освещение будет щадящим. Функциональные испытания могут пропустить его, если нагрузка небольшая. Затем вибрация, термоциклирование или полевые условия заказчика делают окончательную проверку за вас.

Если вы строите что-то, что движется или нагревается, вы не сможете отмахнуться от этого.

Доказательства того, что это не теоретические данные

Я не люблю использовать отзывы в качестве учебного пособия. Но они честны. Они показывают, что происходит, когда паяные соединения не соответствуют требованиям.

В поданном в октябре 2023 года заявлении по части 573 NHTSA документирует проблему с Ford F-150 BEV, связанную с отсутствие паяного соединения на низковольтном разъеме PCBA в электронном нагревателе охлаждающей жидкости салона; в отчете даже указано, как вторичная линия с малым объемом пропустила дефект вниз по течению. Это не “магия дожига”. Это нарушение технологического контроля. Отчет NHTSA, часть 573, 23V-688.
В ноябре 2024 года в части 573 NHTSA описывает автомобили Hyundai с камерой заднего вида, изготовленной с помощью печатной платы недостаточные паяные соединения, что чревато выходом камеры из строя и несоответствием требованиям FMVSS 111; описание причины указывает на образование трещин в процессе производства и их прогрессирование при повышении рабочей температуры. Отчет NHTSA, часть 573, 24V-879.
В документе, опубликованном в 2024 году академическими и промышленными кругами (размещенном в открытом доступе в формате PDF), повторяется то, что многие инженеры EMS уже знают назубок: печать паяльной пасты вызывает значительную долю проблем с последующим производством, поскольку на этап печати приходится большая часть дефектов пайки и времени, потерянного на устранение неисправностей печати. Документ об оптимизации процесса SMT на основе суррогатных данных (2024 PDF). (researchsquare.com)

Теперь перейдем к практическим вопросам.

Пакостная сторона: как вы случайно уморили голодом косяк

1) Вы напечатали меньше пасты, чем думаете (классический недообъем)

Это самый скучный виновник торжества. Он также побеждает в большинстве недель.

Распространенные причины:

Засоренные диафрагмы (оксид, засохший флюс, отслоение пасты, плохой интервал между протирками)
Плохая прокладка между трафаретом и платой (деформация, плохой зажим, изношенный трафарет, погнутая рама)
Неправильное давление печати / скорость / скорость разделения (вы неправильно срезаете пасту, не освобождаете ее чисто, задерживаете ее в диафрагме)
Вставка в неправильном состоянии (слишком холодная, слишком теплая, слишком сухая, передержанная, просроченная, неравномерно вымешанная)

Если вы еще не в тренде, начните. Используйте SPI.

Если вам нужна аппаратная часть, просмотрите свой принтеры для печати паяльной пасты Философия опций и настроек, поскольку “принтер одной модели” может вести себя совершенно по-разному в зависимости от дисциплины настройки.

2) Дизайн трафарета спокойно настраивает вас на неудачу

Инженеры любят спорить о зонах доводки. А в это время трафарет тихо саботирует выход продукции.

Ищите:

Соотношение площадей слишком низкий уровень на диафрагмах с мелким шагом (выпуск пасты становится нестабильным)
Уменьшение диафрагмы который был слишком агрессивным.
Ступенчатый трафарет переходы, создающие неравномерный объем на соседних площадках
Качество стенок диафрагмы / покрытие проблемы, снижающие эффективность перевода

Один простой тест, который я использую: сравните гистограммы объема SPI по типам площадок (0402 против QFP против QFN по периметру против термопрокладки). Если разрушается только одно семейство площадок, это не “дрейф размещения”. Это физика трафарета и печати.

3) Ваши пределы SPI - это пределы “ощущения”, а не пределы управления

Я вижу это постоянно: программа SPI отмечает только карикатурно плохие отпечатки.

Вместо этого сделайте вот что:

Установите специфические для каждой семьи ограничения (не объединяйте периметральные площадки QFN с 0603)
Используйте оба объем и площадь пороги (широкий мазок может пройти через объем)
Тренд Cpk на худших, а не на средних площадках.

Если вы собираетесь делать покупки или проходить техосмотр, обратите внимание на Системы контроля SMT (SPI/AOI) с объективом процесса, а не с объективом “прошел/не прошел”.

Сторона размещения: как “достаточно хорошее” размещение приводит к голоданию припоя

Укладка не просто “помещает деталь туда”. Оно формирует осадок пасты за миллисекунды до расплавления.

1) Сила размещения и высота Z могут выдавить пасту

Слишком большая сила, направленная вниз, или неправильная ориентация по оси Z могут привести к этому:

вытеснить пасту из-под свинца
создают тонкий, неровный налет (сверху выглядит хорошо, на пятке проваливается)
вызывают микропросадки или образование мостов на одной стороне, в то время как другая сторона голодает

Слишком малое усилие может быть столь же неприятным: свинец плохо контактирует с пастой, активация флюса происходит неравномерно, а смачивание начинается с опозданием.

2) Офсеты не должны быть огромными, чтобы навредить вам

Небольшое смещение по оси X/Y при мелком шаге может сместить вывод на плечо кирпичика пасты, а не на его верхнюю часть. Во время оплавления поверхностное натяжение не всегда может спасти вас, особенно на тяжелых деталях или площадках со смешанным балансом меди.

И да, здесь важна точность размещения, но и повторяемость, поддержка совета директоров, и верная стратегия.

Если в вашей линии смешаны прототипы и объемы, то именно здесь нарушается технологическая дисциплина. Смешанные линии сложнее, чем люди признают. (Я видел, как “еще один продукт” превращает стабильную линию в машину хаоса). Сайт смешанные решения для линий SMT Об этом стоит задуматься, если вы живете в реальности с высоким миксом.

3) Состояние форсунок, забрала и деталей может вас обмануть

Слегка погнутый свинец. Неправильное обращение с чувствительностью к влаге. Деформированный корпус компонента. Изношенный наконечник сопла. Несоответствующий вакуум.

Любая из этих причин может привести к посадке компонента:

наклон
вопросы копланарности
свинец не вставлен в пасту

Затем вы получаете “недостаточно” на одном конце и “хорошо” на другом. Это выглядит случайным. Но это не так.

Быстрый диагностический поток, которому я доверяю (потому что он прекращает споры)

Хватит говорить. Начните доказывать.

Потяните данные SPI для неудачных соединений и сравните с хорошими соединениями на той же доске/панели.
Проверьте выравнивание печати по плате (смещение пасты впоследствии может выглядеть как ошибка размещения).
Проверьте журналы размещения: смещение, тета, Z, сила (если есть), идентификатор сопла, полоса подачи.
Поперечный срез или микросрез один неудачный шов (даже один образец может положить конец дискуссии).
Подтверждение профиля расплава только после вы исключили объем/контакт.

Короткое предложение. Данные побеждают.

Исправления, которые действительно приносят доход

Вставьте/напечатайте исправления, которые окупаются в первую очередь

Затяните стратегия протирания трафаретов (частота + растворитель + время вытирания)
Заблокировать обработка пасты: время размораживания, время замешивания, время открытия, контроль влажности
Посетите сайт отверстия трафарета на худших семействах (не “оптимизируйте” все сразу)
Используйте SPI для управления настройка печати по замкнутому циклу (давление, скорость, разделение, зазор)

Если у вас нет времени на внутреннее проектирование, я лучше признаю это и обращусь за помощью, чем буду три недели гадать. Вот что Решения для линий SMT под ключ для тех случаев, когда линия теряет деньги.

Исправления, останавливающие “загадочное” голодание

Повторная калибровка Высота Z и проверьте с помощью управляемой тестовой платы
Проверить составные сиденья с проверкой под большим увеличением перед расплавлением
Аудит износ форсунок и стабильность вакуума (подозреваемые в подмене, не спорьте)
Улучшить поддержка совета директоров при мелком шаге и крупных деталях (контакт с разрушителями деформации)

И научите команду управлять этим как системой, а не как суеверием. Сильные линии делают это. Слабые - нет. Если вам нужно структурированное обучение, опирайтесь на обучение и послепродажное обслуживание.

Практическая таблица-шпаргалка

Симптом, который вы видите	Вероятная причина пасты/корня	Вероятное расположение/корневая причина	Быстрое подтверждение	Исправление, которое обычно работает
Небольшое филе на одной стороне свинца	Недостаточный объем на этом семействе колодок, проблемы со спуском диафрагмы	Небольшое смещение по оси X/Y, приземление свинца на край пасты	Сравните объем/площадь SPI левой и правой колодок	Настройка апертуры трафарета + ужесточение ограничений по смещению размещения
Случайная недостача на одной и той же площади на всех панелях	Сушка пасты, неравномерное вытирание, колебания влажности	Смещение высоты по оси Z, износ сопла, изменение опорной части платы	Динамика SPI с течением времени + корреляция идентификатора форсунки	Контроль обработки пасты + периодичность технического обслуживания
Недостаточно только на мелком шаге	Слишком низкий коэффициент площади, засорение малых отверстий	Копланарность/наклон, неадекватная посадка	SPI демонстрирует высокую дисперсию + предварительная проточка микроскопа	Редизайн трафарета + проверка Z/force
Выглядит хорошо в AOI, но не работает при испытаниях	“Приемлемо”, но низкая высота/форма пасты	Свинец сидит не полностью, небольшой наклон	Поперечное сечение одного стыка	Повышение пределов процесса + улучшение посадки/контакта
Исправляет “перемещение” после внесения изменений	Коренная причина не в пайке	Коренная причина не в пайке	Журналы SPI + размещения показывают схему	Остановите прикосновение к доливке, пока печать/размещение не стабилизируются

Вопросы и ответы (оптимизировано для AEO)

Вопрос 1: Что такое недостаточные паяные соединения? Недостаточные паяные соединения - это паяные соединения, которые образуются при слишком малом объеме припоя или слабом смачивании, поэтому филе выглядит голодным, а соединение может разомкнуться при вибрации, термоциклировании или легком тычке во время тестирования, даже если все остальное кажется в порядке. После этого определения ключевой момент прост: докажите, что именно - объем (SPI) или контакт (размещение) - вызвало голодание, прежде чем приступать к пайке.

Q2: Почему в паяных соединениях недостаточно паяльной пасты? Недостаточное количество паяльной пасты происходит, когда на этапе печати трафарета наносится слишком малый объем пасты или форма пасты разрушается, часто из-за засорения отверстий, плохой прокладки трафарета к плате, неправильного давления/скорости печати/разделения или дрейфа состояния пасты (температура, влажность, открытое время). Тогда SPI либо не улавливает это, либо ограничения слишком малы. В первую очередь проверьте работу с пастой, стратегию стирания и пороговые значения SPI.

Вопрос 3: Как исправить недостаточные паяные соединения в SMT? Недостаточные паяные соединения устраняются путем восстановления правильного объема пасты и надежного контакта компонентов: используйте SPI для выявления площадок с недостаточным объемом, скорректируйте параметры трафарета/апертуры и печати, затем проверьте повторяемость высоты/силы Z и X/Y/тета размещения, чтобы выводы или заделки действительно вошли в пасту до того, как пайка зафиксирует соединение. После этого проверьте на небольшом DOE (по одной переменной за раз) и заморозьте выигрышные настройки.

Вопрос 4: Может ли точность размещения резцов привести к недостаточным паяным соединениям? Неточность при размещении может стать причиной недостаточного количества паяных соединений, когда небольшое смещение, ошибка вращения или ошибка высоты/силы по оси Z не позволяют выводу или заделке правильно расположиться на слое пасты, что уменьшает площадь смачивания и приводит к голоданию галтели при расплавлении. Это проявляется в виде дисбаланса между сторонами на одной и той же детали, часто с “хорошим” объемом SPI, но плохой посадкой. Проверьте журналы размещения, состояние сопла и поддержку платы под деталью.

Q5: Какие проблемы при печати трафаретов приводят к дефектам паяных соединений, например, к недостаточному количеству припоя? Проблемы с трафаретной печатью приводят к недостаточному количеству припоя, когда освобождение апертуры становится нестабильным или снижается объем, особенно при использовании элементов с низким соотношением площадей, агрессивном уменьшении апертуры, засорении апертуры, износе трафаретов, плохой прокладке или нестабильной реологии пасты во время смены. Обычно эта картина группируется по семейству накладок, а не случайным образом. Используйте гистограммы SPI по типам площадок, затем отрегулируйте конструкцию трафарета и параметры печати, чтобы стабилизировать эффективность переноса.

Заключение

Если вы сейчас боретесь с недостаточным количеством паяных швов, не стоит “подстраивать профиль”, чтобы получить новую проблему. Пришлите статистику SPI, журналы размещения (смещение/Z/сопло) и несколько фотографий дефектов, и мы скажем вам, где образуется дефект. Начните здесь: свяжитесь с нашими инженерами.