Cầu hàn: Tại sao chúng xảy ra và cách phòng ngừa

Ba từ: Chúng không phải là ngẫu nhiên..

Tôi thường thấy cùng một câu chuyện về cách xử lý vấn đề trong các cửa hàng SMT: “Đó là vấn đề về quá trình hàn lại.” Câu chuyện này nghe có vẻ hợp lý vì nó chỉ ra một máy móc cụ thể và một kỹ sư cụ thể. Tuy nhiên, nó cũng sai lầm—vì các cầu hàn thường là... hệ thống Sự cố bắt nguồn từ giai đoạn đầu, sau đó bị khuếch đại do vị trí và nhiệt độ, và cuối cùng bị chẩn đoán sai bởi các chỉ số kiểm tra trông bình thường trên slide.

Vậy hãy nói chuyện như người lớn. Các cầu hàn làm giảm năng suất, tốn thời gian và mất niềm tin của khách hàng. Và nếu bạn giao hàng không đạt tiêu chuẩn, bạn không phải là “đang mạo hiểm”. Bạn đang tự viết đơn thu hồi sản phẩm trong tương lai.

Sự thật phũ phàng về các cầu hàn (và lý do tại sao các nhà quản lý ghét phần này)

Cầu hàn là một loại lỗi không thể chối cãi. Bạn có thể sửa chữa các cầu hàn cả ngày, đáp ứng thời hạn giao hàng, nhưng vẫn có thể thất bại — vì việc sửa chữa che giấu sự sai lệch của quy trình cho đến khi nó bùng phát, và sau đó bạn sẽ gặp phải một bất ngờ không mong muốn trong quá trình kiểm tra độ bền, trả hàng từ thị trường hoặc kiểm tra chất lượng đầu vào của khách hàng.

Hãy xem cách các vấn đề “chập điện” diễn ra khi chúng thoát khỏi nhà máy. Vào tháng 8 năm 2024, BMW đã thu hồi 720,796 Các phương tiện tại Hoa Kỳ đang gặp vấn đề về chập điện liên quan đến việc bịt kín kết nối bơm nước, và ngôn ngữ của cơ quan quản lý rất rõ ràng: nước + điện + lỗ hổng trong thiết kế/quy trình = rủi ro chập điện. Hệ thống con khác nhau, nhưng cùng một vấn đề hỏng hóc: những sai sót nhỏ trong việc bịt kín/quy trình có thể dẫn đến chi phí khổng lồ ở giai đoạn sau. (Reuters)

Thiết bị y tế thậm chí còn ít dung thứ hơn. Danh sách thu hồi năm 2023 của FDA bao gồm các hành động liên quan đến máy thở. Bộ phận mạch in quản lý nguồn điện và các thông báo thu hồi máy thở riêng biệt đề cập đến chập điện—đó là những gì “lỗi điện tử” trông như thế nào khi các cơ quan quản lý và bệnh viện can thiệp. (Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ)

Nếu bạn đang phát triển phần cứng có độ tin cậy cao, bạn đã quen với điều này. Hướng dẫn của NASA về BGAs dành nhiều thời gian để thảo luận về lựa chọn hợp kim hàn và độ tin cậy dưới tác động của stress nhiệt-cơ học — vì một khi đã sử dụng mạch hàn có khoảng cách nhỏ, bạn không thể làm theo cách tùy tiện. (nepp.nasa.gov)

Cầu hàn thực sự là gì (và tại sao “AOI xanh” vẫn có thể gây hại)

Lỗi cầu hàn là Hàn dẫn điện không mong muốn kết nối hai điểm điện cần được cách ly., Thường xảy ra giữa các pad, dây dẫn hoặc điểm kết thúc liền kề, tạo ra một đường ngắn mạch hoặc đường rò rỉ có thể gây hỏng ngay lập tức hoặc sau này do nhiệt độ, rung động, cặn hàn hoặc độ ẩm.

Phần khó xử: AOI có thể hiển thị “xanh” trong khi rủi ro của bạn là “đỏ”. Tại sao? Bởi vì các cầu nối có thể rất mỏng, bị che khuất một phần bởi các linh kiện hoặc không liên tục — dẫn điện khi có tải, nhưng không rõ ràng dưới camera. Nếu bạn không kết hợp AOI với các quy tắc SPI hợp lý (và thực sự áp dụng chúng), bạn đang hy vọng một cách mù quáng.

Tại sao lại xảy ra hiện tượng cầu hàn? Theo dõi nguyên nhân gốc rễ của lỗi.

Đây là quan điểm cá nhân của tôi, và tôi sẽ bảo vệ nó: Hầu hết các cầu hàn được in ra., Sau đó, quá trình được hoàn thiện bằng cách đặt vị trí và hàn lại. Nếu bạn muốn giảm số lượng cầu nối, hãy ngừng coi việc in ấn như một bước chuẩn bị.

Và đúng vậy, tôi sẽ nói ra điều mà mọi người thường không nói: nếu bạn không kiểm soát hiệu suất chuyển mực in và sự biến đổi thể tích mực, bạn không kiểm soát được hiện tượng cầu mực. Bạn chỉ kiểm soát được những lý do biện minh.

1) In ấn bằng khuôn: nơi những cây cầu được hình thành

Các nguyên nhân phổ biến gây ra hiện tượng hàn chập tại bản in:

• Lượng keo quá nhiều Trên bo mạch có khoảng cách chân nhỏ (0,4 mm QFP, 0,5 mm QFN, linh kiện thụ động 01005).
• Thiết kế khẩu độ phớt lờ thực tếKhông có sự giảm kích thước, hình dạng không đúng, không có “home-plate” trên QFNs, không có chiến lược khoảng cách.
• Sự không khớp về tính chất lưu biến của hỗn hợp: Sử dụng keo dán loại 4 trên bề mặt có khoảng cách siêu nhỏ khi loại 5/6 có thể làm giảm hiện tượng chảy xệ (không phải phép màu—chỉ là đặc tính của kích thước hạt).
• Tốc độ tách rời / tách rời không đúng: dán các dải băng, vết bẩn và “góc gấp” sau đó kết nối các miếng đệm.
• Tần suất làm sạch khuôn in dưới“Chúng tôi làm sạch sau mỗi 10 lần in” là vô nghĩa nếu keo của bạn đang khô và môi trường làm việc thay đổi.

Nếu bạn đang sử dụng máy in DEK NeoHorizon / GKG-class và vẫn gặp tình trạng cầu nối, đừng đổ lỗi cho thương hiệu. Hãy đổ lỗi cho cài đặt, khuôn mẫu và kỷ luật.

Nếu bạn muốn một khung làm việc thực tiễn, hãy bắt đầu từ chính bản thân mình. Kiểm tra chất lượng quy trình và quy tắc kiểm soát lỗi Và ghi chép lại chúng như thể chúng quan trọng (vì chúng thực sự quan trọng). Nhiều đội không bao giờ chính thức hóa điều này, và sau đó họ tự hỏi tại sao các vấn đề lại tiếp tục tái diễn. Đây chính xác là loại công việc cần được thực hiện trong một quy trình chính thức. Quy trình và quy trình làm việc về chất lượng như đã nêu trong phần mô tả trên trang web của bạn Nguồn lực đảm bảo chất lượng quy trình SMT.

2) Vị trí: “ampli im lặng”

Việc sắp xếp thường không tạo ra cầu nối từ hư không. Nó biến các bản in biên thành các đoạn ngắn.

• Lực đặt quá cao: Keo dán được ép, tạo thành hạt và chảy vào khe hở.
• Thành phần nổi / lệch: "Tombstoning" và "pads" có mối quan hệ tương tự — bề mặt pad không đều dẫn đến tiếp xúc keo hàn không đồng đều, khiến hàn di chuyển.
• Đầu phun không đúng hoặc đầu phun bị mòn: Những thay đổi nhỏ trong độ lặp lại của vị trí được thể hiện dưới dạng các cầu nối trên khoảng cách hẹp.

Đó là lý do tại sao câu chuyện “nó là quá trình tái chảy” mang lại sự an ủi. Nó tránh khỏi sự thật phức tạp: quá trình in và đặt là nơi phần lớn rủi ro trong quá trình sản xuất được tích hợp sẵn.

3) Quá trình tái chảy: nơi vật lý phải chịu trách nhiệm.

Hiện tượng hàn chảy (reflow) thường do các nguyên nhân sau:

• Đường dốc quá dốcThời gian kích hoạt dòng chảy trở nên bất thường; hỗn hợp keo chảy xệ trước khi dung môi bay hơi hoàn toàn.
• Quản lý kém hiệu quảBạn thay đổi động học thấm ướt, đặc biệt là giữa SAC305 và các hợp kim khác, và các cầu có thể hình thành trong quá trình hợp nhất.
• Sự không khớp giữa đỉnh và TAL: Việc làm ướt không đủ có thể để lại các cầu nối một phần, những cầu nối này có thể trở nên dẫn điện dưới tác động của lực.

Không nên điều chỉnh quá trình tái nung bằng cảm giác. Sử dụng công cụ phân tích hiệu suất. Ghi lại dữ liệu. So sánh với khối lượng SPI và các lệnh AOI. Nếu không có vòng lặp đó, bạn đang điều chỉnh nhiệt độ như thể đang ở năm 1999.

Nếu bạn đang có kế hoạch nâng cấp hệ thống hoặc bổ sung khả năng phân tích/kiểm tra, đây chính là nơi Giải pháp dây chuyền sản xuất SMT trọn gói Thực tế, nó xứng đáng với giá trị của mình: sự tích hợp và kỷ luật trong đo lường luôn vượt trội so với việc khắc phục sự cố một cách anh hùng.

4) PCB + footprint: cái bẫy mà không ai muốn trả tiền

Rủi ro gia tăng đột biến khi:

• Khoảng cách giữa các pad rất hẹp. Và các đê chắn hàn có độ dày mỏng hoặc không đồng đều.
• Lựa chọn NSMD/SMD không phù hợp với thực tế lắp ráp..
• Cân bằng đồng và hành vi nhiệt Gây ra hiện tượng thấm ướt không đều.

Nếu đội ngũ thiết kế của bạn nói “bộ phận sản xuất sẽ lo liệu”, họ đang chuyển giao trách nhiệm về vật lý cho bàn sửa chữa của bạn.

Phòng ngừa có thể áp dụng trong sản xuất (không chỉ là một demo trong phòng thí nghiệm)

Câu ngắn. Kiểm soát bột nhão.

Câu dài hơn (và đúng vậy, đây là sự thật nhàm chán): Khi bạn kiểm soát phân phối thể tích keo hàn bằng SPI, căn chỉnh các lỗ trên khuôn với vùng tiếp xúc thực tế của hợp kim (thường là SAC305 trong keo hàn không chì), và duy trì độ lặp lại của quá trình đặt linh kiện đủ chặt chẽ để không ép keo hàn vào khe hở của pad, các giọt keo sẽ kết nối nhanh chóng — thường không cần đến các thao tác hàn lại phức tạp.

Vậy sáng thứ Hai bạn làm gì?

• Các quy tắc SPI quan trọngĐừng chỉ đặt “volume ±30%.” Hãy sử dụng Đặc thù cho pad Ngưỡng trên bước sóng nhỏ.
• Chiến lược lỗ mở khuônGiảm kích thước trên các chân mạch có khoảng cách nhỏ; sử dụng chân mạch hình chữ nhật trên QFN; xem xét sử dụng khuôn bước khi mật độ yêu cầu.
• Quy trình in ấnTốc độ tách, tần suất lau, kiểm soát môi trường (dao động độ ẩm có thể ảnh hưởng đến hành vi của keo).
• Kiểm soát vị tríKiểm tra độ cao Z, lực, tình trạng vòi phun và chiến lược tham chiếu.
• Hồ sơ với mục đíchỔn định dốc/ngâm/đỉnh, sau đó khóa nó và theo dõi sự trôi dạt.

Nếu bạn đang xây dựng Dây chuyền sản xuất mẫu thử và sản xuất số lượng nhỏ bằng công nghệ hàn bề mặt (SMT), Bạn có thể tạm thời dựa vào kiến thức nội bộ. Nếu bạn đang điều hành Dây chuyền sản xuất hàng loạt tốc độ cao, Kiến thức truyền thống trở thành rác thải.

Bảng chẩn đoán nhanh (in để tái chảy, không hy vọng viển vông)

Câu hỏi thường gặp (theo phong cách AEO)

Cầu hàn là gì?

Một cầu hàn là Kết nối hàn không mong muốn giữa hai điểm điện riêng biệt., Thường là các pad hoặc chân cắm liền kề, tạo thành mạch ngắn hoặc đường rò rỉ có thể gây hỏng hóc ngay lập tức hoặc gián đoạn dưới tác động của nhiệt độ, rung động hoặc ô nhiễm; hiện tượng này phổ biến nhất trong công nghệ SMT có khoảng cách chân cắm nhỏ, nơi thể tích keo hàn và khoảng cách căn chỉnh rất hẹp.

Tại sao hiện tượng cầu hàn lại xảy ra trong công nghệ hàn bề mặt (SMT)?

Cầu hàn xảy ra khi Thể tích keo hàn, hình dạng pad, lực đặt/định vị và động học thấm ướt trong quá trình hàn lại kết hợp với nhau để cho phép keo hàn nóng chảy kết nối các nút lân cận., Đặc biệt đối với các linh kiện có khoảng cách chân nhỏ (0,4–0,5 mm), QFN và các linh kiện 01005, những biến động nhỏ trong quá trình in và lắp đặt có thể gây ra các vấn đề điện tử nghiêm trọng.

Làm thế nào để ngăn chặn hiện tượng hàn chập trong quá trình sản xuất?

Ngăn ngừa các cầu hàn có nghĩa là Kiểm soát quá trình lắng đọng và căn chỉnh bột hàn để các pad liền kề không bao giờ nhận đủ lượng hàn để hợp nhất trong quá trình hàn lại., Sử dụng giảm kích thước lỗ khuôn, ngưỡng SPI phản ánh thực tế khoảng cách hàn nhỏ, lực đặt ổn định Z/force và quy trình hàn lại tránh hiện tượng chảy quá mức và sự kết dính không kiểm soát.

Cách khắc phục các cầu hàn mà không làm hỏng các pad?

Sửa chữa các cầu hàn một cách an toàn có nghĩa là Loại bỏ kết nối hàn dẫn điện trong khi vẫn giữ nguyên lớp đồng pad, lớp phủ hàn và các đầu nối linh kiện., Thông thường, quá trình này được thực hiện bằng cách sử dụng chất hàn và băng hàn hoặc phương pháp sửa chữa bằng không khí nóng có kiểm soát, sau đó tiến hành kiểm tra các vấn đề như bong tróc pad, hư hỏng lớp phủ bảo vệ và cặn bẩn có thể gây rò rỉ sau này.

Liệu hồ sơ tái nung có thể gây ra hiện tượng hàn chập không?

Một hồ sơ tái chảy có thể gây ra hiện tượng nối chập hàn khi Các thiết lập ramp/soak/peak điều chỉnh thời gian kích hoạt dòng chảy và hành vi thấm chì hàn., làm cho hỗn hợp hàn chảy hoặc hàn chảy lại qua các khe hở; tuy nhiên, quá trình hàn lại thường “giải quyết” một vấn đề bắt nguồn từ lượng hỗn hợp hàn quá nhiều, khả năng tách rời kém hoặc sai lệch vị trí ở giai đoạn trước.

Cách nhanh nhất để xác định nguyên nhân gốc rễ là gì: in ấn, vị trí đặt hay quá trình tái nung?

Phương pháp cách ly nhanh nhất là So sánh bản đồ thể tích keo SPI với vị trí cầu AOI và công thức hàn lại chính xác được sử dụng., vì sự không nhất quán về thể tích cho thấy vấn đề in ấn, sự không nhất quán về vị trí cho thấy vấn đề đặt vị trí, và sự thay đổi đột ngột về tốc độ sau khi thay đổi công thức cho thấy vấn đề tái chảy — sau đó xác nhận bằng cách thực hiện một thử nghiệm A/B có kiểm soát.

Kết luận

Nếu bạn thực sự muốn loại bỏ các cầu hàn (chứ không chỉ sửa chữa chúng), hãy siết chặt quy trình: thiết kế khuôn → quy tắc SPI → kiểm soát vị trí → hồ sơ cố định → phản hồi kiểm tra mà mọi người thực sự tuân thủ.

Nếu bạn cần hỗ trợ để tích hợp vòng lặp đó vào quy trình của mình—cho dù bạn đang mở rộng quy mô các bản mẫu hay sản xuất hàng loạt—hãy bắt đầu với Đào tạo và hỗ trợ sau bán hàng Vì vậy, các nhân viên vận hành và kỹ sư của bạn đang giải quyết cùng một vấn đề theo cùng một cách. Và nếu bạn muốn có một kế hoạch cụ thể cho nhà máy của mình, hãy sử dụng Trang liên hệ Vui lòng cho chúng tôi biết loại vỏ gói (QFN/QFP/BGA), khoảng cách chân, loại keo hàn (Loại 4/5/6) và giá trị DPMO hiện tại của cầu nối.