電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(13)?應力來源的最大挑戰:使用環境

恭喜老爺!賀喜夫人!這篇文章是本系列的最後一篇了~日後就不需要再聽工作熊囉唆這個無聊的話提了!

應力來源的最大挑戰:使用環境

談完了組裝時應力的注意事項及解決方法,接下來我們來談談電子產品的最大應力來源:終端客戶的使用環境。

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其實電子產品在實際應用時所遭遇到的各種狀況及環境才是產品面對「應力」的最大的挑戰,比如說產品不小心掉落到水泥或大理石地面,手持裝置甚至可能從樓梯上一路滾落下來,還有長途船運或貨運時在貨櫃內白天必須太陽曝曬的產生的高熱、夜晚還得忍受戶外輻射冷卻後的寒冷,貨櫃甚至可能運送經過極寒或極熱的地帶,所以一般新產品在DQ時都會安排做所謂的「落下衝擊測試(drop impact test)」、「滾動測試(tumble test)」,還有高低溫及高濕的環境測試(environmental temperature/humidity test)來模擬這些實際上可能發生的狀況。

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滾筒測試(tumble test)的方法與失效解決對策


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電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(12)?製造工廠中可能出現較大應力的製程

電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(12)?製造工廠中可能出現較大應力的製程

製造工廠中可能出現較大應力的製程

不可避免的,在工廠的製程中拿取及操作電路板的機會非常多,所以也就有機會將「應力」加諸於電路板上。

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下面,工作熊列出幾個製造工廠的組裝製程可能出現較大應力作用的地方與注意事項給大參考:


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電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(11)?應力是造成BGA焊錫破裂的最大兇手

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前面的篇幅工作熊花了許多時間來談論「如何加強PCA的結合力」,以及「如何增強電子產品抵抗應力的能力」等,現在我們終於可以開始來談談造成BGA焊錫破裂的最大兇手『應力(stress)』。

所謂知己知彼方能百戰百勝,想要徹底解決BGA焊錫破裂的問題,就必須要了解「應力來自何處?」才能對症下藥避免或降低應力的影響,不解決應力問題,其他的努力都只能事倍功半,就像整治河水氾濫,疏通永遠比圍堵來得有效。


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電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(10)?透過機構設計降低應力對電路板變形之影響

電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(10)?透過機構設計降低應力對電路板變形之影響

透過機構設計降低應力對電路板變形之影響

工作熊在前面的篇幅中已經有稍微提過這個透過機構設計解決錫裂對策的觀念了,比如說將那些零件比較容易掉落的部份表面貼焊(SMT)焊腳改成通孔(Plating Through Hole, PTH)焊腳,這樣可以大大的加強焊接的強度。

不過工作熊在本文中將比較有系統的將這些觀念整理出來給大家提供參考:


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電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(9)?增加零件對應力的抵抗能力

電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(9)?增加零件對應力的抵抗能力

增加零件對應力的抵抗能力

2.針對BGA封裝的四個角落不要設計錫球或使用Dummy-ball

如果你有在顯微鏡下仔細研究過BGA破裂的實際現象,應該會發現絕大部分的BGA都是從外邊四個角落處的錫球開始破裂的,這是因為BGA四個角落對於板彎的力距是最遠的,所以它們也是板彎板翹後承受最大應力之處,當然也就最容易發生焊錫破裂。


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電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(8)?增加PCB的剛性(stiffness)來抵抗應力避免板彎的影響

電子零件掉落或錫裂一定是SMT製程問題迷思(8)?增加PCB的剛性(stiffness)來抵抗應力避免板彎的影響

工作熊在前面篇幅談的都是關於如何提昇PCA結合力以抵抗應力的影響,接下來工作熊會進入另一個議題【如何增加零件或電路板抵抗應力的能力?】,因為應力對錫裂的最大影響就是板彎,所以,我們只要想如何增強產品自身的能力以抵抗板彎所造成的影響就可以了解決錫裂的問題。

增加零件對應力的抵抗能力

1.增加PCB的剛性(stiffness)來抵抗應力避免板彎的影響

想抵抗應力,就不得不談談PCB的《剛性》問題,PCB板材的剛性如果夠強,就可以降低應力造成的板彎,而板彎變形是BGA焊錫破裂的重要因素。(請注意工作熊對於PCB材料這個議題其實還不算完全了解,內容可能會有些錯誤,請斟酌參考就好。)

首先我們必須先了解何謂「剛性(stiffness)」?


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