Kết nối hàn không đủ: Nguyên nhân liên quan đến keo hàn và vị trí đặt linh kiện

Tôi sẽ nói ra phần mà mọi người thường không nói. Hầu hết các trường hợp đều đổ lỗi cho quá trình tái sắp xếp trước tiên.

Điều đó là sai lầm và gây lãng phí thời gian, vì “kết nối hàn không đủ” thường xuất hiện từ sớm: tại máy in (kích thước/hình dạng) và tại quá trình đặt linh kiện (cách linh kiện thực sự tiếp xúc với chất hàn), sau đó quá trình hàn lại chỉ “khóa chặt” lỗi đó.

Ba từ. Bắt đầu từ bản in.

Đây là những gì tôi thấy trên các dây chuyền sản xuất thực tế: bạn có thể chạy một quy trình hàn lại hoàn hảo, đạt đỉnh sáng bóng, ghi lại mọi vùng, nhưng vẫn phải xuất xưởng các bo mạch với các mối hàn thiếu hàn vì lượng hàn lắng đọng quá thấp (hoặc bị lem, khô cứng, hoặc không đều), và linh kiện không nằm đúng vị trí mà bạn nghĩ khi chất trợ hàn bắt đầu phát huy tác dụng.

Vậy hãy nói chuyện như những người làm việc theo quy trình. Không phải những người mơ mộng.

Nếu bạn muốn có một thư viện rộng hơn về các mẫu lỗi và kiểm tra, hãy giữ lại Hướng dẫn quy trình và chất lượng SMT Mở trong tab khác trong khi bạn đọc.

“Các mối hàn không đủ” thực sự có nghĩa là gì trong thực tế?

Khớp trông “đói”. Miếng thịt nhỏ. Ướt một phần. Gót mỏng. Một đường dẫn cánh chim hải âu trông gần như liền mạch cho đến khi bạn chạm nhẹ vào nó và đồng hồ mở ra đột ngột.

Và sự thật đáng buồn: khuyết tật này rất giỏi trong việc ẩn mình. Hệ thống kiểm tra tự động (AOI) có thể bỏ qua nó khi ánh sáng thuận lợi. Kiểm tra chức năng có thể bỏ qua nó khi tải nhẹ. Sau đó, rung động, chu kỳ nhiệt hoặc môi trường sử dụng thực tế của khách hàng sẽ thực hiện kiểm tra cuối cùng cho bạn.

Nếu bạn chế tạo bất kỳ thiết bị nào có thể di chuyển hoặc sinh nhiệt, bạn không thể coi thường vấn đề này.

Bằng chứng cho thấy điều này không phải là lý thuyết.

Tôi không thích sử dụng các lỗi thu hồi làm công cụ giảng dạy. Nhưng chúng rất trung thực. Chúng cho thấy điều gì xảy ra khi các mối hàn không đúng.

• Trong hồ sơ Part 573 tháng 10 năm 2023, Cục Quản lý An toàn Giao thông Đường bộ Hoa Kỳ (NHTSA) đã ghi nhận một vấn đề liên quan đến xe điện Ford F-150 BEV. Kết nối hàn bị thiếu Trên một kết nối điện áp thấp đến bo mạch in (PCBA) trong hệ thống sưởi làm mát cabin điện tử; báo cáo thậm chí còn chỉ ra cách một đường ống phụ có lưu lượng thấp đã cho phép lỗi này tiếp tục lan truyền xuống dòng. Đó không phải là “phép màu hàn lại”. Đó là sự thất bại trong kiểm soát quy trình. Báo cáo NHTSA Phần 573 số 23V-688.
• Trong hồ sơ Part 573 tháng 11 năm 2024, NHTSA mô tả các xe Hyundai có mạch in (PCB) camera lùi được sản xuất với Các mối hàn không đủ chặt, có nguy cơ hỏng hóc camera và vi phạm tiêu chuẩn FMVSS 111; mô tả nguyên nhân cho thấy các vết nứt hình thành trong quá trình sản xuất và phát triển theo nhiệt độ hoạt động. Báo cáo NHTSA Phần 573 số 24V-879.
• Một bài báo học thuật-công nghiệp năm 2024 (được đăng tải dưới dạng PDF công khai) đã nhắc lại điều mà nhiều kỹ sư EMS đã biết rõ: quá trình in keo hàn đóng góp một phần lớn vào các vấn đề sau này, cho rằng bước in chiếm một phần lớn trong các lỗi hàn và thời gian mất đi do khắc phục sự cố in kém. Bài báo về tối ưu hóa quy trình dịch máy dựa trên mô hình đại diện (2024 PDF). (researchsquare.com)

Bây giờ chúng ta hãy vào phần thực tế.

Phần bột: Cách bạn vô tình làm khô một khớp

1) Bạn đã in ít keo hơn so với bạn nghĩ (lượng keo không đủ)

Đây chính là thủ phạm nhàm chán. Nó cũng thường xuyên chiến thắng trong hầu hết các tuần.

Những lý do phổ biến:

• Lỗ thông bị tắc (oxit, chất trợ chảy khô, tách bột nhão, khoảng thời gian lau không đúng)
• Phớt bị hỏng Giữa khuôn và bảng (sợi dọc, kẹp không chặt, khuôn bị mòn, khung bị cong)
• Áp suất in sai / tốc độ in sai / tốc độ tách sai (Bạn cắt bột không đúng cách, không tách ra một cách sạch sẽ, khiến bột bị kẹt trong lỗ mở.)
• Dán trong điều kiện không đúng (quá lạnh, quá nóng, quá khô, làm việc quá sức, hết hạn, không được nhào/trộn đều)

Nếu bạn chưa theo dõi xu hướng này, hãy bắt đầu. Sử dụng SPI.

Nếu bạn cần phần cứng, hãy xem lại của bạn. Máy in keo hàn Triết lý về các tùy chọn và cài đặt, vì cùng một mẫu máy in có thể hoạt động hoàn toàn khác nhau tùy thuộc vào mức độ tuân thủ các quy tắc cài đặt.

2) Thiết kế khuôn mẫu một cách tinh vi khiến bạn dễ dàng thất bại.

Các kỹ sư thích tranh luận về vùng hàn lại. Trong khi đó, khuôn in đang âm thầm làm giảm hiệu suất sản xuất.

Tìm kiếm:

• Tỷ lệ diện tích Quá thấp ở các lỗ có khoảng cách nhỏ (việc giải phóng keo trở nên không ổn định)
• Giảm khẩu độ đã trở nên quá hung hăng
• Bước khuôn Các chuyển tiếp gây ra sự không đồng đều về âm lượng giữa các pad liền kề.
• Chất lượng tường lỗ / lớp phủ Các vấn đề làm giảm hiệu suất truyền tải

Một bài kiểm tra đơn giản mà tôi sử dụng: so sánh biểu đồ phân bố thể tích SPI theo loại pad (0402 so với QFP so với viền QFN so với pad nhiệt). Nếu chỉ có một nhóm pad bị sụp đổ, đó không phải là “sự dịch chuyển vị trí”. Đó là do khuôn in + vật lý in.

3) Giới hạn SPI của bạn là “giới hạn cảm giác thoải mái”, không phải là giới hạn kiểm soát.

Tôi thường thấy điều này: Chương trình SPI chỉ đánh dấu những bản in có chất lượng kém một cách rõ rệt.

Thay vào đó, hãy làm như sau:

• Đặt Dành riêng cho gia đình pad Giới hạn (không gộp các pad viền QFN với 0603)
• Sử dụng cả hai thể tích và diện tích Ngưỡng (một vệt rộng có thể đi qua thể tích)
• Xu hướng Cpk Trên những miếng lót tồi tệ nhất, không phải những miếng lót trung bình.

Nếu bạn đang mua sắm hoặc kiểm tra xe, hãy xem Hệ thống kiểm tra SMT (SPI/AOI) với góc nhìn quy trình, không phải góc nhìn “đạt/không đạt”.

Phía đặt linh kiện: Cách đặt linh kiện “đủ tốt” gây ra tình trạng thiếu hụt hàn.

Việc đặt linh kiện không chỉ đơn giản là “đặt linh kiện vào vị trí đó.” Nó định hình lớp keo hàn trong vài mili giây trước khi quá trình hàn chảy diễn ra.

1) Lực đặt và chiều cao Z có thể ép chất lỏng ra ngoài.

Lực hướng xuống quá lớn hoặc tham chiếu trục Z không chính xác có thể:

• Dùng cây cạo để cạo sạch bột từ dưới lớp chì
• Tạo ra một lớp mỏng, không đều (trông ổn từ trên xuống, nhưng bị hỏng ở phần gót).
• Gây ra hiện tượng sụt lún nhỏ hoặc tạo cầu ở một bên trong khi làm thiếu hụt bên kia.

Lực quá yếu cũng có thể gây ra vấn đề nghiêm trọng: chì không tiếp xúc tốt với keo hàn, quá trình kích hoạt chất trợ hàn trở nên không đều và quá trình thấm ướt bắt đầu muộn.

2) Các khoản bù trừ không cần phải quá lớn để gây hại cho bạn.

Một sai lệch nhỏ X/Y trên khoảng cách hàn nhỏ có thể làm cho chân hàn di chuyển sang phần vai của khối hàn thay vì phần trên. Trong quá trình hàn lại, lực căng bề mặt không phải lúc nào cũng có thể cứu vãn tình huống, đặc biệt là trên các linh kiện nặng hoặc các pad có tỷ lệ đồng không đồng đều.

Và đúng vậy, độ chính xác của vị trí là quan trọng ở đây, nhưng cũng không kém phần quan trọng là... Độ lặp lại, Hỗ trợ bảng điều khiển, và Chiến lược tham chiếu.

Nếu dây chuyền sản xuất của bạn kết hợp giữa sản phẩm mẫu và sản xuất hàng loạt, đây chính là nơi kỷ luật quy trình bị phá vỡ. Dây chuyền sản xuất kết hợp là khó khăn hơn nhiều so với những gì mọi người thừa nhận. (Tôi đã chứng kiến việc “thêm một sản phẩm nữa” biến một dây chuyền ổn định thành một cỗ máy hỗn loạn.) Giải pháp dây chuyền sản xuất SMT kết hợp Góc nhìn này đáng để suy ngẫm nếu bạn sống trong một thực tế phức tạp và đa dạng.

3) Tình trạng của vòi phun, bộ thu và các bộ phận có thể đánh lừa bạn.

Đầu dẫn hơi cong. Độ nhạy với độ ẩm không được xử lý đúng cách. Thân linh kiện bị biến dạng. Đầu vòi bị mòn. Áp suất chân không không đều.

Bất kỳ yếu tố nào trong số này cũng có thể khiến thành phần đó gặp phải:

• nghiêng
• Vấn đề đồng phẳng
• Chì không được trộn vào bột nhão.

Sau đó, bạn sẽ nhận được “không đủ” ở một bên và “tốt” ở bên kia. Điều này trông có vẻ ngẫu nhiên. Nhưng thực tế không phải vậy.

Một quy trình chẩn đoán nhanh mà tôi tin tưởng (vì nó giúp tránh tranh cãi)

Dừng nói. Bắt đầu chứng minh.

1. Lấy dữ liệu SPI Đối với các khớp hàn bị hỏng và so sánh với các khớp hàn tốt trên cùng một bảng/tấm.
2. Kiểm tra sự căn chỉnh giữa bản in và bảng mạch (Vị trí dán có thể trông giống như lỗi vị trí sau này).
3. Kiểm tra nhật ký đặt hàng: độ lệch, góc theta, Z, lực (nếu có), đường kính vòi phun, làn cấp liệu.
4. Mặt cắt ngang hoặc mặt cắt vi mô Một khớp hàn bị hỏng (thậm chí chỉ một mẫu cũng có thể kết thúc cuộc tranh luận).
5. Chỉ xác nhận sau khi đã áp dụng hồ sơ tái chảy. Bạn đã loại trừ nguyên nhân liên quan đến âm lượng/tiếp xúc.

Câu ngắn. Dữ liệu quyết định.

Các biện pháp khắc phục thực sự mang lại hiệu quả

Các bản vá/in ấn mang lại hiệu quả ngay lập tức

• Siết chặt Chiến lược lau khuôn (Tần suất + dung môi + thời gian lau khô)
• Phong tỏa Xử lý bột nhãoThời gian rã đông, thời gian nhào bột, thời gian mở, kiểm soát độ ẩm
• Xem lại lỗ mở khuôn Trên các gia đình pad tệ nhất (đừng “tối ưu hóa” mọi thứ cùng một lúc)
• Sử dụng SPI để điều khiển Điều chỉnh in ấn theo vòng lặp kín (áp suất, tốc độ, khoảng cách, khe hở)

Nếu bạn không có thời gian để tự mình giải quyết vấn đề này, tôi khuyên bạn nên thừa nhận điều đó và tìm kiếm sự trợ giúp thay vì lãng phí ba tuần để đoán mò. Đó chính là điều Giải pháp dây chuyền sản xuất SMT trọn gói Dành cho trường hợp đường dây đang thua lỗ nặng.

Các bản vá lỗi vị trí giúp ngăn chặn tình trạng “mất điện bí ẩn”

• Điều chỉnh lại Chiều cao Z và kiểm tra bằng bảng thử nghiệm có kiểm soát
• Xác thực ghế ngồi thành phần Kiểm tra với độ phóng đại cao trước khi hàn lại.
• Kiểm toán Mòn vòi phun và độ ổn định chân không (đổi nghi phạm, đừng tranh cãi)
• Cải thiện Hỗ trợ bảng điều khiển Trong trường hợp khoảng cách giữa các điểm tiếp xúc nhỏ và các bộ phận lớn (khoảng cách giữa các điểm tiếp xúc bị hỏng)

Và đào tạo đội ngũ để vận hành điều này như một hệ thống, không phải là mê tín. Các đội mạnh làm được điều đó. Các đội yếu thì không. Nếu bạn cần quy trình onboarding có cấu trúc, hãy dựa vào Đào tạo và hỗ trợ sau bán hàng.

Bảng tóm tắt hướng dẫn thực hành

Câu hỏi thường gặp (Được tối ưu hóa cho AEO)

Câu 1: Các mối hàn không đủ là gì? Các mối hàn không đủ là các mối hàn được hình thành với lượng hàn quá ít hoặc độ ướt yếu, khiến cho phần hàn trông thiếu hụt và mối hàn có thể bị hở dưới tác động của rung động, chu kỳ nhiệt hoặc một lực tác động nhẹ trong quá trình kiểm tra, ngay cả khi mọi thứ khác dường như bình thường. Sau định nghĩa đó, điều quan trọng là: xác định xem liệu lượng hàn (SPI) hay tiếp xúc (vị trí đặt) đã gây ra tình trạng thiếu hụt trước khi tiến hành hàn lại.

Câu hỏi 2: Tại sao các mối hàn lại thiếu keo hàn? Hiện tượng thiếu hụt keo hàn xảy ra khi bước in khuôn keo hàn không cung cấp đủ lượng keo hàn hoặc hình dạng keo hàn bị biến dạng, thường do lỗ khuôn bị tắc, gioăng giữa khuôn và bảng mạch không tốt, áp lực/tốc độ/khoảng cách in không đúng, hoặc keo hàn bị biến đổi điều kiện (nhiệt độ, độ ẩm, thời gian mở). Sau đó, hệ thống kiểm tra keo hàn (SPI) hoặc không phát hiện được lỗi, hoặc giới hạn kiểm tra quá lỏng. Đầu tiên, cần siết chặt quy trình xử lý keo hàn, chiến lược lau chùi và ngưỡng SPI cho từng loại pad.

Câu 3: Làm thế nào để khắc phục các mối hàn không đủ trong SMT? Bạn khắc phục các mối hàn không đủ bằng cách khôi phục thể tích keo hàn chính xác và đảm bảo tiếp xúc đáng tin cậy giữa các linh kiện: sử dụng SPI để xác định các pad có thể tích keo hàn không đủ, điều chỉnh khuôn/lỗ và thông số in, sau đó kiểm tra độ cao Z/lực đặt và độ lặp lại X/Y/theta để đảm bảo các chân hoặc đầu nối thực sự tiếp xúc với keo hàn trước khi quá trình hàn lại cố định mối hàn. Sau đó, xác nhận bằng một thử nghiệm DOE nhỏ (một biến số tại một thời điểm) và cố định các thiết lập tối ưu.

Câu 4: Độ chính xác của quá trình đặt linh kiện có thể gây ra các mối hàn không đủ chặt không? Độ chính xác của quá trình đặt linh kiện có thể gây ra các mối hàn không đủ khi các sai lệch nhỏ, lỗi xoay hoặc sai sót về chiều cao Z/lực khiến chân linh kiện hoặc điểm kết nối không nằm đúng vị trí trên lớp keo hàn, làm giảm diện tích tiếp xúc và khiến mối hàn không được cung cấp đủ keo trong quá trình hàn lại. Điều này thể hiện qua sự mất cân bằng giữa hai bên trên cùng một linh kiện, thường kèm theo thể tích SPI tốt nhưng độ bám dính kém. Kiểm tra nhật ký đặt linh kiện, tình trạng vòi phun và hỗ trợ bảng mạch dưới linh kiện.

Câu hỏi 5: Những vấn đề nào trong quá trình in khuôn dẫn đến các khuyết tật mối hàn như lượng hàn không đủ? Vấn đề in khuôn dẫn đến lượng hàn không đủ khi việc giải phóng lỗ hổng trở nên không ổn định hoặc mục tiêu thể tích giảm, đặc biệt là từ các đặc điểm có tỷ lệ diện tích thấp, giảm lỗ hổng mạnh, lỗ hổng bị tắc, khuôn bị mòn, gioăng kém hoặc độ nhớt của bột hàn không ổn định trong ca làm việc. Mô hình thường tập trung theo nhóm pad, không ngẫu nhiên. Sử dụng biểu đồ histogram SPI theo loại footprint, sau đó điều chỉnh thiết kế khuôn và thông số in để ổn định hiệu suất chuyển giao.

Kết luận

Nếu bạn đang gặp vấn đề với các mối hàn không đủ chất lượng, đừng cố gắng “tinh chỉnh” để giải quyết vấn đề mà lại tạo ra vấn đề mới. Hãy gửi cho chúng tôi dữ liệu SPI, nhật ký vị trí (offset/Z/nozzle) và một số hình ảnh lỗi, và chúng tôi sẽ chỉ ra nơi lỗi được tạo ra. Bắt đầu từ đây: Liên hệ với các kỹ sư của chúng tôi.