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        PFMEA方法在印制板組合裝配中的應(yīng)用研究

        2018-11-08 03:09:36任玲
        電子測試 2018年21期
        關(guān)鍵詞:助焊劑印制板通孔

        任玲

        (沈陽航天新樂有限責(zé)任公司,遼寧沈陽,110034)

        0 引言

        PFMEA方法又稱為Process Failure Mode and Effects Analysis。在實際應(yīng)用過程中,擔(dān)任印制板組合裝配的人員,可以采用PFMEA方法,以制程失效模型構(gòu)建的方式,對印制板組合裝配過程中各種潛在風(fēng)險進(jìn)行失效分析,結(jié)合不同風(fēng)險影響程度及其產(chǎn)生機(jī)理的分析,可為印制板組合裝配效果的提升提供依據(jù)。因此,對PFMEA方法在印制板組合裝配中的應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)分析具有非常重要的意義。

        1 PFMEA方法在印制板組合中的應(yīng)用原理

        PFMEA方法在實際應(yīng)用中主要包括確定與印制板組合裝配過程潛在模式及起因、失效對印制板組合裝配質(zhì)量潛在影響評價、尋找減少失效發(fā)生、或者尋找減少失效條件的過程控制變量[1]。同時制定印制板組合裝配中風(fēng)險糾正方案,結(jié)合潛在失效模式分級表的驗證,可在優(yōu)化控制嚴(yán)重失效模式的基礎(chǔ)上,依據(jù)控制實際失效發(fā)生因素,結(jié)合印制板組合裝配情況及印制板組合糾正控制要點,以每一個潛在失效控制節(jié)點為入手點,在一定范圍內(nèi),明確相應(yīng)失效模型影響因素及影響程度,進(jìn)而了解印制板組合裝配失效過程及最高風(fēng)險等級,從而為針對性管控方案的制定提供依據(jù)。以場效應(yīng)管為例,其主要失效原因為焊接不當(dāng)、零件裝配錯誤、助焊劑失活等,根據(jù)具體失效原因,可利用PFMEA方法,結(jié)合現(xiàn)行控制方法,如SPC技術(shù)等,依據(jù)具體風(fēng)險嚴(yán)重程度制定合理的措施,并對措施實施后失效因素變化情況進(jìn)行適當(dāng)分析。

        2 PFMEA方法在印制板組合裝配中的應(yīng)用

        2.1 PFMEA方法在通孔插裝元器件組裝配中的失效模式

        通孔插裝元器件裝配方法主要是針對電容器、電阻器、二極管、場效應(yīng)管、三極管等電子元器件的裝配方法。其可以利用元器件的引腳,將元器件插入印刷電路板上已有的孔中,隨后通過手工裝配方式,對電容器、電阻器、二極管、等電子元器件實施軟釬焊。通孔插裝元器件裝配主要依據(jù)手工焊接要點,在元器件插裝的基礎(chǔ)上,通過助焊劑預(yù)先涂抹、溫度預(yù)先加熱、焊接冷卻得到所需元件。在通孔插裝元器件組裝過程中,常見的PFMEA方法失效模式主要由空洞、橋連、虛焊、焊點拉尖等模塊[2]。其中空洞又可稱為氣泡,其主要為電子元器件引腳、焊盤之間出現(xiàn)空洞情況。在上述問題發(fā)生之后,引線根部位置還會出現(xiàn)噴火形式的焊料突出,其內(nèi)部具有氣泡,不僅會影響印制板組合焊接強(qiáng)度,而且會導(dǎo)致脫焊現(xiàn)象的發(fā)生;橋連主要為焊點間連接情況,其極易導(dǎo)致電氣短路問題發(fā)生;虛焊主要是由于焊錫、元器件引線、銅箔間具有突出的深色界限,且焊錫呈界限內(nèi)凹陷狀態(tài)。這種現(xiàn)象主要是由于焊錫、基體金屬截面間沒有合金層,其由于焊點機(jī)械強(qiáng)度不足,導(dǎo)致整體電路板短路風(fēng)險較大;焊點拉尖主要是焊點表層由于沒有完全浸潤成球,從而出現(xiàn)拉尖狀態(tài)。焊點拉尖不僅會影響印制板組合外部觀感,而且會導(dǎo)致電路板污染、虛焊等問題的發(fā)生。

        圖1 通孔裝配元器件在印制板組合中的應(yīng)用

        2.2 PFMEA方法在通孔插裝元器件中的影響分析

        PFMEA方法失效模式檢測主要采用風(fēng)險級RpN對嚴(yán)重度、頻度、檢測難度進(jìn)行分析。

        首先,空洞失效模式影響分析,上述失效模式發(fā)生的原因主要由PCB孔內(nèi)濕度過大、元器件引線直徑與插裝孔內(nèi)比例不當(dāng)、助焊劑活動不足、焊盤局部清潔程度不足、通孔周邊老化等;嚴(yán)重程度為7級;上述失效原因PFMEA檢測頻度分別為現(xiàn)3/2/6/2/0,檢測難度分別為9/8/3/2/2;風(fēng)險等級分別為188/113/85/28/27;其中PCB孔內(nèi)空氣濕度過大為高風(fēng)險等級,現(xiàn)行可用控制措施除改善存儲條件之外,還可以在裝配前進(jìn)行干燥措施。在這個基礎(chǔ)上,可合理調(diào)整印制板孔徑大小,結(jié)合助焊劑的更換及焊盤、氧化層的清理,可有效控制空洞風(fēng)險[3]。

        其次,對于橋連失效模式而言,橋連失效模式嚴(yán)重程度為4,其主要失效原因為設(shè)計不合理或焊盤間距不當(dāng),頻度為8,檢測難度為8,風(fēng)險級為359,由于該失效原因為高風(fēng)險級,因此可依據(jù)PCB具體特點,進(jìn)行相鄰焊盤距離的合理調(diào)整;元器件引腳不規(guī)范、或者元器件引腳插裝歪斜等,這一失效原因頻度為5,檢測難度為3,風(fēng)險級為45。在實際印制板組合裝配過程中,可以依據(jù)板孔徑裝置要求進(jìn)行插裝元器件引腳的合理調(diào)整;助焊劑活性不足、焊接溫度不到位或傳送帶速度過快檢測頻度為2,檢測難度為3,風(fēng)險級為30。可通過更換助焊劑、調(diào)節(jié)焊接溫度或者傳送帶速度進(jìn)行合理控制。

        再次,針對嚴(yán)重度為8的虛焊失效模式,其主要失效原因為元器件引線氧化層潤濕度不足、PCB表面預(yù)處理不當(dāng)、助焊劑活性不足、焊錫流動性差等,上述失效原因PFMEA檢測頻度分別為8/5/6/2,檢測難度分別為9/8/5/2;風(fēng)險等級分別為512/198/185/42;對于上述失效因素,可以通過是氧化現(xiàn)象,并在焊接前期進(jìn)行清潔措施,必要情況下可更換助焊劑、焊錫。

        最后,針對嚴(yán)重度為5的焊點拉尖失效模式,其主要失效原因除高風(fēng)險級“焊接溫度不當(dāng)”這一因素之外,還包括預(yù)先加熱溫度不足、焊料清潔程度不足、元器件引腳長度過長等因素。上述失效原因PFMEA檢測頻度分別為8/5/1/1,檢測難度分別為9/3/9/8;風(fēng)險等級分別為360/78/48/30。在實際焊接階段,除調(diào)整焊接溫度及預(yù)先加熱溫度參數(shù)之外,還需要控制元器件引腳露出板面高度在1.0-2.0mm以內(nèi)。

        圖2 印制板組合裝配

        3 印制板組合裝配控制方案實施后效果驗證

        由于PFMEA方法并不是單一循環(huán)的分析方式,而是不斷優(yōu)化完善的過程。因此,為了了解PFMEA方法應(yīng)用效果,本次試驗主要包括PFMEA方法信息考察、風(fēng)險試驗、效果分析3個模塊。其中在PFMEA方法收集階段,主要采用了北京大學(xué)、河南大學(xué)圖書資料及萬方數(shù)據(jù)庫、中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫關(guān)于印制板組合裝配失效信息,并對整體資料進(jìn)行了概括匯總。在這個基礎(chǔ)上,與相關(guān)專業(yè)研究人員對PFMEA方法失效影響因素進(jìn)行了探究,明確了整體印制板組合PFMEA方法失效分析的潛在因素。經(jīng)過進(jìn)一步計算,可得出失效嚴(yán)重程度得到有效的下降,實現(xiàn)了印制板組合裝配的良性循環(huán)。

        4 總結(jié)

        在印制板組合裝配過程中,因裝配維修導(dǎo)致的組件疲勞實效占總疲勞實效參數(shù)的50%以上。因此,在實際印制板組合裝配過程中,為了保證電子元件裝配的穩(wěn)定性,印制板組合裝配管理人員可利用PFMEA方法對電阻、電容、運算放大器、二極管等電子元件裝配階段失效因素產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析,并針對高風(fēng)險失效因素以事前預(yù)防的方式進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)防管制,從而保證印制板電子元件裝配質(zhì)量。

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