電子零件掉落或BGA錫裂一定是SMT製程問題迷思(4)?PCB表面處理改用「銅」基地

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延續前面文章的話題,焊錫破裂是因為【應力(stress) > 結合力(bonding-force)】,那只要增強其結合力來對抗應力應該就可以解決錫裂問題了吧!

那有沒有辦法可以增加PCA的結合力呢?

當然有,就看你願意花多少錢來解決?想增加PCA的結合力,有幾個面向可以思考,比如很多RD最愛要求的「增加焊錫性」,或是花錢提高FR4板材抗彎曲的規格…等,但是每個面向都有其各自的優缺點,否則焊錫破裂及零件掉落問題就不會一直困擾著電子業了。

下面工作熊將分別說明這些增加PCA結合力的方法之優缺點及注意事項:


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電子零件掉落或BGA錫裂一定是SMT製程問題迷思(3)?IMC是良好焊錫結果的必要之惡

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IMC層是PCA焊接的必然物卻也是焊錫結合力(bonding-force)最脆弱之處

一般來說,一個良好的PCA焊錫形成,其焊錫結合力最脆弱的地方為IMC(Inter-Metallic Compound)層,IMC層是一種金屬化合物,IMC更為形成良好焊接的必然物,工作熊之前將IMC層形容為男女結合後所延下的小孩,這裡你可以將這層IMC想像成黏合磚塊與磚塊之間的水泥,它起到接合兩種不同磚塊的目的,IMC也是一樣,如果沒有這層IMC就無法在兩種不同的金屬間形成良好的焊接,但這層IMC卻也是整個焊接結構中最脆弱的地方,想像磚牆受到撞擊時,大部分會從水泥處裂開(早期的水泥磚牆啦!現在似乎有些不太一樣),IMC層也是一樣,所以才會說如果焊錫受到應力影響時,一般會最先從IMC層裂開。

IMC層是PCA焊接的必然物卻也是焊錫結合力(bonding-force)最脆弱之處

建議你先看看這篇文章以了解【何謂IMC (Intermetallic Compound)?IMC與PCB焊接強度有何關係】。


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電子零件掉落或BGA錫裂一定是SMT製程問題迷思(2)?PCA的結合力包含有哪些?

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先來談談PCA的結合力包含有哪些?

PCA的結合力其實包含很多項目,但我們可以比照一般BGA做紅墨水測試(red-dye)所得到的結論來討論,將零件掉落與焊錫破裂的結合力大致歸結為五個位置,這五個位置基本上可以適用現今所有的PCA焊錫:


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電子零件掉落或BGA錫裂一定是SMT製程問題迷思(1)?錫裂只是應力大於結合力之必然結果

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寫在前面:工作熊這篇文章老實說醞釀了很久,也寫了很久,而且文章篇幅還真的有點長,算了一下,總共分成了13+1篇文章來發表,文章中提到的許多觀念在工作熊的部落格中其實也都是老生常談的議題了,不過工作熊這次算是比較有系統的將之整理出來,所以如果你對這個【電子零件BGA掉落】議題沒有太多興趣~勿入~

已經焊錫好的電子零件之所以會掉落或發生錫裂,其主要原因應該可以歸結為:【應力(stress) > 結合力(bonding-force)】

工作熊其實已經不是一兩次被人家這樣質疑了,我們家的RD,尤其是新進的RD,似乎每次只要一碰到電路組裝板(Printed Circuit Assembly, PCA)上有電子零件掉落(尤其是BGA零件)或是焊錫破裂的問題,第一個反應就是先跑來質疑我們SMT組裝工廠的焊錫一定有問題,而且還會很大聲的要求並希望工廠可以增加錫膏量來增加焊錫強度。這真的是夠了!

更讓工作熊受不了的是,產品明明是已經做過了裸機摔落衝擊測試(drop impact test)或是滾動測試(tumble test)後發生的不良,卻硬要SMT製程拿出個解決辦法增加焊錫強度來克服零件掉落或錫裂的問題。


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回流焊的爐溫曲線應該使用RSS(馬鞍)型?還是RTS(斜昇)型?

回焊爐溫度曲線該選RSS(馬鞍式)還是RTS(斜昇式)

回流焊溫度曲線(Reflow temperature profile)到底應該選擇設定成RSS型(馬鞍式)好?還是設定成RTS型(斜昇式)好呢?工作熊發現有許多的工程師都一直被這個問題給困擾著,因為有老闆要求走RTS,可是自己心理又怕怕的。

其實想解答這個問題也沒什麼困難的,但你必須先了解何謂「RSS型」與「RTS型」溫度曲線,只有深入了解其曲線設置的目的與限制之後,你才能選擇一個符合自己產品的回焊溫度曲線。

本文工作熊將試著整理「RSS型」與「RTS型」這兩種回流焊溫度曲線的特性與其目前所碰到的問題,提供一個可以選擇的方向。工作熊也不敢說以下內容都是最正確的,只是提出個人的觀點給大家參考,服用前請三思。


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評估三防漆(conformal coating)設備時除了手刷與全自動噴塗外,還有三軸半自動可以選擇

LIHSI三軸點膠機

閒談三防漆(conformal coating)噴塗設備投資與選擇~

工作熊的公司從很早以前就開始做三防漆(conformal coating)的製程了,不過我們家基本上是不太管控三防漆厚度的,也就是說只要看到板子上有塗漆就可以了,所以我們從一開始就是選擇最便宜的三防漆手刷(brushing)製程,就是用刷子沾著漆來回將三防漆刷塗在PCA上面,然後依據工廠的特性及喜好選擇烘烤、室溫晾乾、UV等方式來固化三防漆。

手刷三防漆的優點就是便宜,因為製程簡單,只需要架水平的治具(用以防止未乾的漆流動),一般也不太需要另外使用治具來遮罩非塗布區,除非怕手刷時不小心滴到,然後烘乾就可以了,如果擔心三防漆中的揮發物氣味刺鼻,在作業區加個大罩子抽風就可以搞定,比較要求的可能會需要一個獨立空間,以免影響到其他人員。


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