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PCB線路板零件掉落 該如何著手分析

2017-11-28 PCBA加工 1094

PCB線路板零件掉落似乎是很多制程及品管工程人員的夢饜,只是每個人所遇到的問題都不盡相同,有鑒于許多人碰到這類問題大多不知道該從何下手開始分析,所以這里就來分享一些方法與步驟給大家參考。

一般如果是PCB線路板零件掉落,其問題大多與焊接質量脫離不了關系,而其最終的答案不外乎下列幾種之一,或是混合兩種以上結果:

板子的表面處理有問題。

零件的焊腳表面處理有問題。

板子或零件儲存條件不良造成氧化。

回焊(Reflow)溫度制程出問題。

焊接強度無法承受實際使用的外力影響。

 

PCB線路板零件掉落不良分析的幾個步驟:

以下就針對店路板零件掉落來分析步驟來陳述,因為硬要把某些動作分步驟,可是有些步驟似乎又與其他步驟相關,

 

第一步,信息取得

這點很重要,如果源頭錯了,后面再怎么精彩都是白費。

請先向問題反應者確認不良現象的描述為何,并且先試著查詢了解下列的信息:

發生什么問題?請盡量將不良的現象描述清楚。零件是在什么情況下掉落?產品有沒有摔落過?在什么環境下發生的(加油站、室外、室內、空調)?有沒有經過什么特殊的測試(高低溫)?

問題發生在客戶端?還是生產制程中?問題是在制程的那一個步驟發生或發現?

問題是什么時候發生的?是生產過程中發現?或是成品測試時才發現?不良品有沒有集中在同一個Date-code?

板子的表面處理為何?ENIG?OSP?HASL?ENIG會有黑鎳問題,HASL會有第二面過爐吃錫不良問題,OSP會有過期吃錫不良的問題。

板子的厚度?0.8mm?1.0mm?1.2mm?1.6mm?板子越薄,變形彎曲的機會就越大,錫裂的問題也就可能越多。

零件焊腳的表面處理為何?Matte Tin?鍍金?

錫膏的主要成份?SAC305(錫銀銅)?SCN(錫銅鎳)?不同錫膏的熔點會不一樣。

如果可以調出當時的reflow量測曲線最好。

 PCBA加工

第二步,取得不良品,保留證據以利后續分析

請取得不良品的PCB線路板實板,如果零件已經完全掉落,最好也要取得掉落的零件,這樣才有對照組可以作完整的分析。 不良品如果不只一件,衡量實際狀況,可以取得越多越好。

 

第三步,檢查PCB線路板的焊性

拿到不良品后,要同時檢查PCB線路板及零件腳的焊性,觀察其間的差異。檢查焊性時,建議要在顯微鏡(microscope)下觀察,這樣比較可以看到一些細微的問題。

要查看焊錫在PCB線路板的焊墊(盤)上有無拒焊或是縮錫(de-wetting)等不良現象,這類問題通常來自PCB線路板的表面處理不良或是PCB線路板的儲存環境不佳以致造成焊墊氧化而引起。

當然有時候也會有回焊爐溫度不足造成焊不上去的問題。這時候可以用烙鐵試看看焊墊能不能吃錫,如果連烙鐵都吃不了錫,就幾乎可以判定為PCB本身的問題了。

請注意:有些噴錫板使用錫銅鎳(SCN)的成分,其熔點比SAC305高了10°C。 SAC305熔點為217°C;SCN熔點為227°C。

如果也可以進一步排除PCB線路板儲存條件不良所造成的氧化,就可以請PCB供貨商過來直接看產品,或是把PCB退給供貨商分析處理了。

如果有爭議,可以先量測表面處理的厚度。一般ENIG要檢查金層及鎳層的厚度;而HASL要檢查噴錫的厚度,OSP就直接看有無氧化。

如果還有爭議,就要作切片作詳細的分析了。

 

第四步,檢查掉落零件腳的焊性

建議也要在顯微鏡下觀察零件腳的焊錫性,這樣比較可以看到一些細微的肉眼看不到的現象。

要查看零件腳上是否吃錫良好,建議檢查一下零件腳的鍍層組成成份,查看看其熔錫溫度是否符合回焊爐的溫度。 有些使用銀鍍層濺鍍處理的零件,其濺鍍銀只是附著在零件表面,其銀成份容易被SAC錫膏吃掉,造成焊接強度降低的問題。

請注意,有些零件腳的切斷面會有露銅沒有電鍍的區域,這個地方通常不易吃錫,但一般都會設計在不需要吃錫或是不重要的地方。QFN側面就不一定要吃到錫。


第五步,檢查掉落的零件腳是否連帶焊墊一起帶起

如果PCB線路板及零件腳的焊性都沒有問題,就要看看PCB線路板上的焊墊/焊盤是否也脫離了或連在掉落的零件腳上,如果是,也可以進一步確認零件與PCB的焊接是良好的,更可以證明回焊(Reflow)沒有問題。

如果焊墊沒有被掉落的零件一起帶走,這時候可以先檢查回焊的溫度曲線有無符合錫膏的要求,如果有多余的不良品,最好可以用烙鐵試看看能否將掉落的零件焊接回PCB線路板。如果可以焊得回去,表示溫度或是錫膏可以加強來克服這個問題,不過建議要作一下零件的推力測試,拿確認沒有問題的板子,與現在重新調整錫膏與溫度曲線的板子,一起作推力比較有無差異,如果有差異,建議檢查一下PCB的表面處理,有時候表面處理不良,會造成局部焊墊氧化,ENIG的表面處理可能有黑墊問題,HASL的第二面可能會有IMC已經生成問題。

 

第六步,檢查零件掉落的斷面

請在顯微鏡下觀察PCB線路板及零件腳的剝離面,看看其斷面是粗糙或是光滑面。 粗糙面通常是受到一次性的外力造成零件剝離掉落;光滑面通常是長期震動下造成的斷裂,如果是ENIG的PCB也有可能是黑鎳造成剝落在鎳層。

 

第七步,切片檢查IMC打EDX

如果以上的步驟都沒有辦法判斷零件掉落的問題,最后就要作破壞性的切片了,切片的時候建議PCB線路板及掉落的零件都要作。

作切片的目的有二:

檢查有無IMC生成,IMC生成是否均勻,另外要打EDX看看是哪種IMC成份。不在乎IMC的厚度,IMC如果生長不均勻或局部沒有生成就會降低焊錫的強度,零件的推力就會降低。IMC生長不良原因可能是氧化或溫度不足。

精準的確認斷裂的地方發生在哪一層。

如果斷裂點在IMC層,通常表示焊錫性沒有問題,但是焊錫強度不足以應付外力對它的沖擊,這一般是社計上必須解決的問題。只是有些RD會要求BGA或零件加Underfill或點膠來補強。如果斷裂面不在IMC層而在PCB端,那就比較偏PCB的問提了。相反地,如果斷裂面在零件端,就比較偏向零件的問題。