Analiza błędów lutowania padów PCB: od lokalizacji defektu do pierwotnej przyczyny pęknięcia

2026-04-03 16:20

W produkcji PCBA główną przyczyną wad lutowania jest słaba lutowalność padów, która objawia się najczęściej niezwilżalność, półzwilżalność, skurcz cyny, słaba penetracja cyny, pęcherzyki powietrza, lutowanie wirtualne, lutowanie na zimnoitd. Analiza usterek nie polega na prostej wymianie materiałów, ale na znormalizowanym procesie obserwacji na miejscu → przygotowania próbki → wykrycia instrumentu → opracowania mechanizmu → weryfikacji procesu → mającym na celu dokładne ustalenie pierwotnej przyczyny usterek i uniknięcie ich ponownego wystąpienia.

Elderly-friendly PCB motherboard

Podstawową logiką analizy awarii jest odwrotna identyfikowalność: począwszy od pojawienia się defektów lutowania, poprzez eliminację czynników zakłócających, takich jak proces lutowania, lut, topnik itp., poprzez utrwalenie materiału, powłoki, czystość i stopień utlenienia płytki PCB, aż po opracowanie praktycznego planu ulepszeń. Proces analizy powinien przebiegać zgodnie z zasadą "field, najpierw analiza laboratoryjna, najpierw jakościowa, a potem ilościowa, najpierw prosta, a potem złożona, aby skutecznie oszczędzać czas i pieniądze.
 

Krok 1: Odbiór usterek na miejscu i wstępna ocena

Najpierw należy pobrać próbki defektów na miejscu i zarejestrować pełne informacje o produkcji: rodzaj obróbki powierzchni PCB, partię produkcyjną, czas/środowisko przechowywania, parametry lutowania (temperatura/czas/topnik), lokalizację defektu, współczynnik defektów i trend częstości występowania defektów. Obserwacja morfologii defektów pod 10-krotnym powiększeniem/mikroskopem metalograficznym pozwala na wstępną klasyfikację:
 

  1. Bez zwilżania: lut nie jest w ogóle rozprowadzony, metal padu jest odsłonięty i nie ma przyczepności → Istnieje duże prawdopodobieństwo, że pad jest mocno utleniony, zanieczyszczony substancjami organicznymi, a powłoka całkowicie zawodzi;

  2. Półzwilżający: lutowie najpierw się rozprzestrzenia, a potem cofa, częściowo odsłonięte → lokalne defekty powłoki, lekkie utlenianie i niewystarczająca aktywność topnika;

  3. Skurcz:Lutowie kurczą się do kształtu kulistego, a do powierzchni przyczepione są tylko kropki → energia powierzchniowa jest wyjątkowo niska, zanieczyszczenie jest duże, a warstwa OSP ulega całkowitemu zniszczeniu.

  4. Słaba penetracja cyny: ścianka otworu przelotowego nie jest zwilżona → zanieczyszczenie ścianki otworu, przeciekanie powłoki, niewystarczające podgrzanie wstępne i zbyt krótki czas lutowania zanurzeniowego;

  5. Bąbelki szpilkowe: : wnęki w warstwie lutowniczej → płytka absorbuje wilgoć, uwalnia parę wodną, ​​a warstwa tlenku pada ulega rozkładowi;

  6. Czarne dyski są połączone z brakiem zwilżenia:Podkładki ENIG są czarne → typowe uszkodzenie korozyjne warstwy niklu.

 
Wstępna ocena musi wykluczyć czynniki procesowe: w przypadku tej samej partii PCB, wada znika po zmianie parametrów lutowania/topnika, co stanowi problem procesowy; jeśli wiele urządzeń i wielokrotne debugowanie nadal nie działa prawidłowo, problem z samym padem PCB zostaje zablokowany. Jednocześnie porównuje się wyniki testów lutowalności tej samej partii nielutowanych PCB i jeśli test przychodzący nie daje rezultatu, można bezpośrednio określić wady na przychodzącej płytce PCB.
 

Krok 2: Standaryzowana weryfikacja ponownego testu lutowalności

Próbki wadliwe i nieuszkodzone z tej samej partii zostały ponownie przetestowane pod kątem lutowalności, a połączenie metody zanurzeniowej i spawania krawędziowego z metodą zwilżania równoważonego zapewniło obiektywne wyniki. Warunki testu ściśle odpowiadają normie IPC J-STD-003, ujednolicając lut, topnik, temperaturę i czas oraz eliminując wpływ człowieka.
 
Cele ponownego badania: 1. potwierdzenie możliwości odtworzenia defektów i wykluczenie czynników przypadkowych; 2. określenie siły zwilżania, kąta zwilżania i powierzchni rozpływu oraz porównanie różnic; 3. sprawdzenie stopnia osłabienia spawalności po starzeniu. Jeśli wyniki ponownego badania są zgodne z warunkami na miejscu, można je przekazać do laboratorium w celu przeprowadzenia szczegółowych badań; jeśli ponowne badanie zostanie zakwalifikowane, oznacza to, że parametry procesu na miejscu są odchylone lub proces jest nieprawidłowy.
 

Krok 3: Dokładne testowanie sprzętu laboratoryjnego

Badania instrumentalne stanowią sedno analizy awarii, precyzyjnie lokalizując przyczynę poprzez mikroskopową topografię, analizę składu, grubość powłoki i badanie czystości powierzchni. Powszechnie używany sprzęt obejmuje:
 
  1. Mikroskop metalograficzny / mikroskop skaningowy SEM Obserwuj mikroskopową morfologię tarczy: grubość warstwy tlenku, pory galwaniczne, łuszczenie, czarny nikiel, wąsy, pozostałości organiczne oraz morfologię warstwy IMC. Obraz SEM można powiększyć nawet tysiące razy, aby jednoznacznie zidentyfikować defekty w skali nano, takie jak skorodowane otwory w warstwie niklu czarnych dysków ENIG czy pęknięcia folii OSP.
     
     
  2. Spektroskopia energii EDS wykrywa skład pierwiastkowy powierzchni podkładki: jeśli występuje wysoka zawartość O (tlenu), wskazuje to na silne utlenienie; wysoka zawartość C (węgla), która dowodzi zanieczyszczenia organicznego; wysoka zawartość S (siarki)/Cl (chloru), która dowodzi korozji jonów siarczkowych/chlorkowych; podkładki ENIG mają zbyt niską zawartość Au i nieprawidłową zawartość Ni, co dowodzi, że powłoka jest nieskuteczna.
     
     
  3. Miernik grubości powłoki XRF Nieniszczący pomiar grubości powłoki: grubość powłoki OSP wynosi 0,2–0,5 μm, warstwa niklu ENIG 3–5 μm, warstwa złota 0,05–0,15 μm, a grubość warstwy cyny/srebra zanurzeniowego jest zgodna z normą. Niedostateczna lub bardzo nierówna grubość bezpośrednio prowadzi do braku spawalności.
     
     
  4. Badanie czystości powierzchni (badanie zanieczyszczenia jonowego) Wykrywa pozostałości jonów na powierzchni padu: jony chlorkowe, sodowe, potasowe itp. przekraczają normę, co może uszkodzić powierzchnię styku, spowodować korozję i odrzucenie lutu. Normy branżowe wymagają, aby zanieczyszczenie jonowe wynosiło < 1,56 μg/cm² (ekwiwalent NaCl).
     
     
  5. Tester równowagi zwilżania Analiza ilościowa siły zwilżania – krzywa czasowa: W porównaniu z próbkami kwalifikowanymi, próbki wadliwe zwykle wykazują ujemną siłę zwilżania, zbyt długi czas zwilżania, 90% F5
     
     
 

Krok 4: Wyprowadzenie mechanizmu awarii i lokalizacja przyczyny źródłowej

W połączeniu z obserwacją wyglądu, wynikami ponownego testu i danymi z instrumentu, wyprowadzany jest mechanizm awarii i identyfikowana jest przyczyna źródłowa:
 

Typowy przypadek awarii 1: Płyta OSP nie zwilża dużego obszaru

 
Zjawisko: Cała płytka nie jest zwilżona, a wynik ponownego testu jest nadal nieprawidłowy; EDS wykrywa wysoką zawartość O i grubość warstwy OSP < 0,15 μm. Przyczyna: nieprawidłowy proces powlekania OSP, niewystarczająca grubość warstwy; upływ terminu ważności + wysoka temperatura i wilgotność, folia ochronna ulega całkowitemu rozkładowi; warstwa folii jest uszkodzona w wyniku zarysowania podczas transportu.
 
 

Typowy przypadek awarii 2: półzwilżona podkładka ENIG + czarny dysk

 
Zjawisko: Pad jest miejscowo zaczerniony, a współczynnik półzwilżalności jest wysoki; SEM wykazał skorodowane otwory w warstwie niklu, a EDS wykrył nieprawidłowe stosunki Ni/O. Przyczyna: zanieczyszczenie zbiornika niklu w procesie ENIG, utrata kontroli nad pH, powodująca korozję warstwy niklu; Warstwa złota jest zbyt cienka, aby chronić warstwę niklu i jest przechowywana w celu długotrwałego utleniania.
 
 

Typowy przypadek awarii 3: Wulkanizacja zanurzonej srebrnej blachy uniemożliwia spawanie

 
Zjawisko: Pad jest czarny i kruchy, a także w ogóle nie jest zwilżony; EDS wykrywa wysoki poziom siarki. Przyczyna: W środowisku przechowywania występuje gaz siarczkowy, a warstwa srebra tworzy siarczek srebra, który traci zgrzewalność. Opakowanie zostało uszkodzone, a torebka odporna na wilgoć i antystatyczna nie została użyta.
 
 

Typowy przypadek awarii 4: Słaba penetracja płyty natryskowej cyny

 
Zjawisko: Ściana otworu w padzie przelotowym nie jest mokra, a powierzchnia jest zwilżona normalnie; SEM wykazuje obecność pozostałości organicznych w ściance porów. Przyczyna: niepełne oczyszczenie ścianki otworu podczas procesu produkcji PCB, pozostałości po wywoływaczu/masce lutowniczej; Lutowanie falowe nie jest wystarczająco podgrzane, a topnik nie może przeniknąć przez warstwę resztkową.
 
 

Typowy przypadek awarii 5: Redukcja ilości cyny wsadowej

 
Zjawisko: Lut skurczył się do kształtu kuli i nie rozprzestrzenia się; Test czystości powierzchni wykazał jony przekraczające normę. Przyczyny: zanieczyszczenia organiczne w procesie produkcyjnym (smar, środek antyadhezyjny); Pracownicy dotykają padów gołymi rękami, pozostawiając odciski palców; Proces czyszczenia kończy się niepowodzeniem.
 
 
Dzięki poznaniu mechanizmów możliwe jest wyraźne rozróżnienie wad produkcyjnych PCB, wad magazynowania i transportu oraz wad procesów na miejscu, co pozwala uniknąć ślepej odpowiedzialności i powtarzających się prób i błędów.
 

Krok 5: Weryfikacja procesu i wdrożenie planu ulepszeń

Opracuj plany udoskonaleń dotyczące przyczyn źródłowych i zweryfikuj ich skuteczność poprzez produkcję próbną w małych partiach:

  1. Poprawa defektów powłoki:Parametry powłoki OSP są dostosowywane w celu zapewnienia równomiernej grubości powłoki; Optymalizacja procesu ENIG niklowo-złotego w celu wyeliminowania czarnych dysków; Wzmocnienie kontroli galwanizacji w celu uniknięcia przecieków i łuszczenia się powłoki;

  2. Poprawa kontroli zanieczyszczeń:ulepsz proces czyszczenia, aby zmniejszyć ilość pozostałości jonowych; wykonuj operacje antystatyczne i bezpyłowe oraz nie dotykaj padu gołymi rękami; zoptymalizuj proces maski lutowniczej, aby zapobiec przelaniu się atramentu;

  3. Poprawa magazynowania i transportu: ścisłe pakowanie próżniowe, zwiększenie ilości środka pochłaniającego wilgoć i karty wilgotności; przeprowadzanie zarządzania FIFO i kontrolowanie cykli przechowywania; poprawa temperatury i wilgotności przechowywania w celu uniknięcia zanieczyszczenia jonami siarczkowymi/chlorkowymi;

  4. Ulepszenia dopasowywania procesów:zoptymalizowana temperatura/czas/podgrzewanie wstępne spawania w celu dopasowania do rodzaju obróbki powierzchni; Wybierz odpowiedni topnik w celu zwiększenia aktywności i kompatybilności;

  5. Kontrola i aktualizacja: zwiększenie udziału kontroli próbek spawalności w fabryce, zwiększenie liczby testów starzenia kluczowych produktów, ustanowienie systemu ponownej kontroli materiałów przychodzących oraz obowiązkowe testowanie przeterminowanych blach.

 
Ostatecznym celem analizy awarii jest aby zapobiec nawrotom, a nie rozwiązanie jednorazowe. Przedsiębiorstwa powinny ustanowić standardowy proces analizy usterek, przeszkolić profesjonalnych analityków oraz połączyć testy lutowności z testowaniem przyrządów, aby stworzyć zamkniętą pętlę zbierania " defektów, ich analizy i pozycjonowania, weryfikacji ulepszeń oraz kontroli aktualizacji.
Uzyskaj najnowszą cenę? Odpowiemy najszybciej jak to możliwe (w ciągu 12 godzin)
This field is required
This field is required
Required and valid email address
This field is required
This field is required
For a better browsing experience, we recommend that you use Chrome, Firefox, Safari and Edge browsers.