HotBar焊接短路的問題處理原則與解決方法

HotBar焊接短路問題處理HotBar焊接短路問題處理

不知道怎麼搞的,最近怎麼有那麼多人問工作熊關於HotBar的設計及生產問題,老實說自從有了軟硬板(Rigid board)之後,工作熊個人就不太喜歡使用HoBar的設計了,因為HotBar雖然可以省下1~2個連接器的費用並節省一些高度空間,但其生產的品質問題也不少。

先看下面這個HoBar設計的實際案例好了,這是一片單面的FPC,0.9mm焊墊寬度及0.9mm間隙的HotBar焊墊設計,焊墊到焊墊之間的間距(pitch)為1.8mm,焊墊長度有5.0mm。基本上尺寸已經夠大了,工廠的吃錫也應該不是什麼太大的問題,可是偏偏生產時的不良率居然高達0.5~1.0%,而且絕大部分的不良都是短路。怎麼會這樣?







就如同下面這張照片所顯示的,工廠實際進行HotBar焊接的時候,經常會出現這類焊墊之間短路的問題,下面的圖示為比較嚴重的案例,大部分都只有部份溢錫,但這對品質信賴度已經產生了極大的危害,既使現在測試沒有出現問題,也難保日後在高溫高濕的環境下不會出現電子遷移(Electromigration)的現象。
這張圖所顯示的,工廠實際進行HotBar焊接的時候,經常會出現這類焊墊之間短路的問題,下面的圖示為比較嚴重的案例,大部分都只有部份溢錫,但這對品質信賴杜已經產生了及大的為害,既使現在測試沒有出現問題,難保在高溫膏濕的環境下不會出現電子遷移(Electromigration)的現象。

追究HotBar溢錫的原因之前,工作熊想請看官們先想一下,為何HotBar容易出現溢錫短路的問題?又該如何避免?

為何HotBar容易出現溢錫造成短路?

這是因為HotBar的熱壓頭(thermodes)下壓時,為了達到焊接FPC於PCB的目的,需要加熱並施以一定的壓力於事先印好錫膏並經過回流焊(reflow)後的焊墊。

當thermodes加熱時會重新熔融已經吃在焊墊上的錫膏,熔融的錫又被來自熱壓頭壓力擠壓後,會順著可以吃錫的地方流動,如果吃錫的焊墊或FPC已經滿溢無法再容納更多的錫,錫就會被迫往容易流動的地方宣洩,這時候最容易宣洩的地方就是焊墊與焊墊之間的空隙,而且上面還蓋有FPC,更容易形成所謂的虹吸現象(capillary action),造成短路的問題。

如何避免HotBar發生溢錫短路問題?

既然知道了為何HotBar容易出現溢錫造成短路?解決的方向有二,其一是減少多餘的焊錫量;其二是增加可以容許焊錫外溢的空間

下面這個HotBar吃錫的設計已經做對了一半,在印刷錫膏的時候在焊墊的中間位置減少錫膏,如果治具的設定正確的話,熱壓頭(thermodes)要壓在焊墊中間的位置,焊錫印出來結果如下面右圖所示。
這個HotBar吃錫的設計已經對了一半,在印刷錫膏的時候在焊墊的中間位置減少錫膏,如果治具的設定正確的話,熱壓頭(thermode)要壓在焊墊中間的位置,焊錫的印出來結果如下面右圖所示。這個HotBar吃錫的設計已經對了一半,在印刷錫膏的時候在焊墊的中間位置減少錫膏,如果治具的設定正確的話,熱壓頭(thermode)要壓在焊墊中間的位置,焊錫的印出來結果如下面右圖所示。

有沒有看到上面的問題點出在哪裡?這個錫膏中間內縮的距離還是不夠大,而且錫膏的厚度也太厚了,一般工作熊在設計HotBar錫膏印刷於焊墊上的形狀時,像這種間距夠大的焊墊,工作熊通常將錫膏印刷成一長條狀於焊墊的正中間,錫膏只佔焊墊面積的50%就可以了,這樣可以給予較大的空間給熱壓頭在焊墊的位置上下移動,而且也較能避免因為太多的焊錫而溢出焊墊。如果還是看不懂工作熊的敘述,有機會再來畫一張圖說明好了。

說完了第一種解決的方法,接著說明第二種解決方法-增加焊錫可以外溢的空間。這個方法通常要做設計變更,可以嘗試在FPC的金手指上下兩端打孔,讓擠壓出來焊錫透過通孔溢出。另外一個方向是把FPC上面的金手指設計得比PCB的焊點短。

延伸閱讀:HotBar FPCB軟板設計注意事項—PTHs

以這個例子來說,工作熊會建議FPC上面的金手指焊墊長度從5.0mm減少到3.0mm,PCB的焊墊長度維持在5.0mm。HotBar作業時將FPC的金手指對齊PCB焊墊的中間,兩端各留下1.0mm的空間,這樣可以讓多餘的焊錫有更多的空間可以留在焊墊上而不會溢出來。

解決問題時首先要瞭解問題的本質及工作原理,然後對症下藥~


延伸閱讀:
HotBar鋼板開孔及品質驗證
HotBar(熱壓熔錫焊接)介紹─HotBar原理及製程控制
浸金及電鍍金在電路板焊接中所扮演的角色

訪客留言內容(Comments)

稍微看了一下如果可以的話,建議使用雙面板的FPC(Layout不是很好直角走線)
1.)FPC design :
1.1 pad長度盡量不要跟PCB Pad長度相同
1.2 FPC僅在手指端留下雙面Pad,其餘地方可去除
1.3 FPC Pad area前中後各鉆一個孔(0.3mm–郵票孔方式)
2.)PCB Pad design
2.1 長度大於FPC Pad長度約0.5~1.0mm
2.2 盡量不要跟FPC Pad長度相同
3.)你們應該是套pin作Hot-bar的
4.)Solder paste依照FPC Pad size再稍微開小點

Alec;
不錯的建議。

pad與pad之間加上白線也可以達到防溢錫的效果


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