[案例]新產品不良分析研發怎麼可以打迷糊仗?產品印字不良分析

Printer_out_of_paper這幾天國外研發(RD)單位寄了一台列印不良的試產品給工作熊分析,因為他們的工程師及技術人員檢查了電路板上的相關線路及零件,並更換了一顆新的打印頭(Printer head),最終仍然找不到不良原因出在哪裡,然後就把矛頭指向了一顆QFN封裝的EMI濾波器,他們強烈且高度懷疑這顆QFN的吃錫可能有問題,因為他們在顯微鏡下觀察到這顆QFN的側面吃錫狀況不佳,因為側面沒有吃錫,因此認為其可能有de-wetting(縮錫)或non-wetting(假、冷焊、不吃錫)的不良,希望工作熊可以把產品送回給SMT工廠分析其焊錫品質。

看倌們從上面的描述中有沒有發現到什麼重大問題?







第一個發現:怎麼現在的RD變得這麼好混了,產品問題無法Debug就丟給工廠來分析,而他們的理由是QFN尺寸很小,而且其旁邊還有其他鄰近的零件,他們說因為設備不足,所以無法更換這顆較小的QFN零件,希望工廠可以要求工廠幫忙更換這顆QFN以確認問題點。

真不知當初工廠反應相鄰零件太近時,是誰在堅持沒有空間的?各有各的壓力吧!不管心理怎麼不爽,該幫忙的還是得幫忙。這就是「人在江湖身不由己」?

第二個發現:關於QFN的吃錫品質該如何判斷其好壞?真的可以僅從QFN的側面爬錫狀況來判斷其吃錫品質?

QFN (Quad Flat No leads,四方平面無引腳封裝) 為無引腳IC封裝設計,由於IC封裝的先後製程關係,大部分都是先電鍍後才裁切其引腳,所以會造成QFN側面的無引腳切斷面沒有被電鍍到而直接露銅,如果製程是先切斷再電鍍就沒有這個問題,但實際上如此操作確有困難,因為電鍍時零件腳需要連接到正、負兩極,對那些已經先切斷引腳的IC,想要再同時將所有IC的切斷面連接到正負極真的是一項大挑戰,不然就要採用化學沈積法,麻煩啊!

總之,市面上絕大部分QFN產品的側面焊點都是露銅,銅面基本上只要暴露在大氣環境下很快就會發生氧化,並造成拒焊的問題,既使有溫濕度管控的環境也會氧化,只是氧化速度較慢。所以【IPC-A-610D 規範】中對QFN側邊焊點吃錫的允收標準其實規定得相當寬鬆。基本上沒有要求一定要形成吃錫弧度(Fillet),而「QFN爬錫高度」則是留給設計自己決定。

IPC-A-610D_QFN吃錫標準

Table 8-13 Dimensional Criteria – PQFN (Plastic Quad Flat Pack – No Leads)
Feature Dim. Class 1 Class 2 Class 3
Maximum Side Overhang A 50% W, Note 1 25% W, Note 1
Toe Overhang (outside edge of component termination) B No permitted
Minimum End Joint Width C 50% W 75% W
Minimum Side Joint Length D Note 4
Solder Fillet Thickness G Note 3
Minimum Toe (End) Fillet Height F Notes 2, 5 G +H, Notes 2,5
Termination Height H Note 5
Solder Coverage of Thermal Pad Note 4
Land Width P Note 2
Termination Width W Note 2
Note 1. Does not violate minimum electrical clearance.
Note 2. Unspecified parameter or variable in size as determined by design.
Note 3. Wetting is evident.
Note 4. Not a visually inspectable attribute.
Note 5. ‘‘H’’ = height of solderable surface of lead, if present. Some package configurations do not have a continuous solderable surface on the sides and do not require a toe (end) fillet.

想了解更多關於QFN焊接品質可以參考【QFN封裝在SMT的焊接品質】一文。

好吧!回到本文的主題,工作熊拿到不良品後,並沒有直接送給去工廠分析,而是自己先依據下列幾個步驟進行了分析,免得到時候送給工廠後說焊接及製程都沒有問題,反而變成羅生門,最近就常常碰到這樣的問題:

步驟一、確認不良現象(symptom)是否與研發描述的問題一致。

如果現象不符或不確定,就要跟對方溝通再次確認問題。當初研發只說印表機不良,並沒有說明是何種不良,幾經確認後研發單位說他們看到的不良現象為「打印機感應不到紙張」,這個與工作熊一開始發現的不良現象不一樣,還好工作熊重組幾次後有複製出「打印機感應不到紙張」的不良現象。

步驟二、顯微鏡下觀察研發描述的QFN吃錫現象是否一致

當初從RD提供的照片上觀察到QFN似乎有一處焊盤吃錫可能不佳,還有一處疑似晶體破裂,但實際拿到樣品觀察後,其吃錫及疑似晶體破裂現象卻與當初的照片不同,樣品的側邊吃錫雖然不是很漂亮,但其底部焊盤應該都有吃到錫,如果想要進一步確認QFN的吃錫品質就必須拿去照X-Ray,最好要有可以傾斜角度的X-Ray或是3D CT X-Ray

QFN焊接零件比較01

後來跟RD再次確認後,他們說為了確認問題,拍完了照片後有再動過熱風槍,所以外觀的現象不太一樣了。總之,目前看來QFN的焊錫初步判斷應該是沒有問題才對。

步驟三、取良品及不良品機台互換可能有問題零件並依據經驗判斷最可能發生的問題點

工作熊前面有提到,剛接到不良樣品時發現其不良現象與RD描述的不一致,工作熊最先發現的問題是「印字不清晰」,與RD反饋「偵測不到紙張」不一致,經過幾次反覆組裝後終於複製出「偵測不到紙張」的不良現象,而且可以重複複製出不良現象。(分析不良品時最怕出現間歇性問題~)

再來就是取一印字正常的機台做記號,與不良機台互換印字頭,結果發現「偵測不到紙張」的問題跟隨著「壞板(bad PCBA)」,而印字頭則沒有問題,於是將問題收斂在已經組裝好的電路板上。

因為在重複組裝的過程當中,工作熊發現有時候可以偵測到紙張、有時候偵測不到紙張,依據過往的經驗判斷,這應該是電子線路上什麼地方或零件有間歇性接觸不良所造成的現象,查看印字功能的相關線路圖後,排查QFN零件及其他相關線路上的零件都沒有明顯的焊接不良(零件端點焊接處查看有否形成良好的弧形焊錫),最後將問題鎖定在與連接打印機的軟排線連接器 (FPC connector)上。

FPC_connector_spring_deformation011

工作熊首先確認軟排線的連接器焊接沒有問題,接著再檢查打印機的軟排線上金手指壓痕也都正常,這下傷腦筋了~不死心,在顯微鏡下觀察未插軟排線時連接器的狀態也沒有太大的發現,再觀察軟排線插入連接器後的狀態,賓果!最後終於發現軟排線插入連接器後,連接器上的接觸簧片排列有高低不一致的現象,拿三用電錶量測(還好可以直接量測)後發現其簧片沉得比較深入連接器塑膠的位置有接觸不良的現象(阻抗變大或直接給它open),這樣主因(Root cause)基本上就確定下來了。

FPC_connector_spring_deformation012

步驟四、確認問題

嘗試在軟排線的補強板貼上0.05mm厚度的Kapton-tape以加強金手指與彈片的接觸力,再插入連接器後組裝起來測試,果然「偵測不到紙張」的問題就解決了,但是之前印字淡的問題還是存在,應該是增加軟排線厚度後仍然無法完全解決接觸的問題,將Kapton-tape移除,再重新組裝一次「偵測不到紙張」又重新出現,證明連接器接觸不良就是問題的主因。

步驟五、將問題反饋給工廠及連接器廠商解決

剩下的工作就簡單了,將不良現象反饋給SMT工廠注意,並且通知連接器廠商確認問題並加以改善就可以了,如果問題嚴重,可能會要求廠商回收連接器,更嚴重的話可能需要招回產品更換連接器。


延伸閱讀:
板對板連接器SMT後浮高空焊居然是因為這個?
FPC連接PCB應該如何設計可以更符合工廠組裝需求(DFx)
掀蓋式連接器的活動片設計注意事項(right angle connector)

訪客留言內容(Comments)

好精采的不良分析
很嚴謹的態度
這背後需要淺在許多需要對於製程與零件的知識與觀念
開眼界了

熊大~
記得CLASS3不是最嚴格的嗎?
查了一下定義如下所示:
Class 1 — General Electronic Products
Class 2 — Dedicated Service Electronic Products
Class 3 — High Performance Electronic Products

另外剛翻了IPC-A-610D的PQFN”8.2.13 Plastic Quad Flat Pack – No Leads (PQFN)”
並沒看到F/H的相關規定說:\
看起來一般好像只需要吃滿底部就行了

Louis,
You are right and I will fix it as soon as I can.
Thanks for the reminder.

感謝好文分享


訪客留言注意事項:
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 歡迎您訂閱本部落格的最新文章,當有新文章時會主動以電子郵件通知你。

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)