矩形引腳電解電容PCB板焊接提升的可靠性研究及應(yīng)用

0   引言

焊接是控制器主板連接不同器件的紐帶，將不同功能的元器件通過焊接有序連接起來，以實現(xiàn)主板邏輯功能^[1]。電解電容對空調(diào)供電電源質(zhì)量、保護電路免受過電壓擊穿有不可或缺的作用，是維護電路穩(wěn)定工作的基石。其對工作在強電電路部分的高壓電解電容的重要性更加突出，若焊接失效將直接導(dǎo)致整個控制器電路失效。本文從器件結(jié)構(gòu)、設(shè)計匹配、失效因素等方面進行分析，整改方案可以為同類型焊接失效分析整改提供借鑒和參考。

1   事件背景

空調(diào)控制器引入使用X、Y 廠家不同型號的高壓電解電容，在實際生產(chǎn)中反饋焊接可靠性表現(xiàn)并不是很好，生產(chǎn)過程中電解電容與PCB 板焊接存在不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響過程質(zhì)量管控及售后質(zhì)量?？蛻舭惭b空調(diào)后長期使用存在電解電容失效現(xiàn)象，導(dǎo)致整機運行出現(xiàn)失效問題。該焊接異常PCB 板型號不集中、電解電容型號不集中、電解電容引腳焊接不良位置分散，問題急需解決。

圖1 電解電容型號1焊接

2   焊接失效原因及失效機理分析

2.1 對焊接異?，F(xiàn)象核實，兩個廠家電解電容焊接異常（圖1、圖2），X 廠家電解電容焊接失效位置全部集中在負極通孔，Y 廠家電解電容焊接位置不集中，正極與負極都存在焊接不良現(xiàn)象，且焊接不良分布比例均勻。

圖2 電解電容型號2焊接

2.2 對X、Y 廠家電解電容焊接通孔不良異常品進行手工加錫驗證，加錫后，焊接外觀符合要求。

2.3 線體波峰焊參數(shù)

核實波峰焊焊接焊接參數(shù)各項參數(shù)都符合要求，重點對線體鏈速、波峰、角度進行調(diào)整（如圖3），電解電容焊接異常故障率明顯減少 [2-3]。

1）鏈速由1 300 mm/min 調(diào)整為1 200 mm/min；

2）波峰2 由13.7 Hz 調(diào)整為14.3 Hz；

3）調(diào)整波峰焊接鏈條角度；

4）調(diào)整助焊劑劑量。

圖3 波峰焊焊接參數(shù)

通過調(diào)整波峰焊設(shè)備相關(guān)參數(shù)，焊接效果改善明顯，說明波峰焊設(shè)備參數(shù)調(diào)整對焊接改善有關(guān)鍵作用，但不能徹底杜絕。

2.4 物料可靠性分析

2.4.1 電解電容核實

1）焊接異常涉及的兩種型號電解電容分別為X 廠家電解電容型號1 及Y 廠家電解電容型號2，符合圖紙要求，具體如圖4、圖5 所示。

圖4 X廠家電解電容結(jié)構(gòu)

圖5 Y廠家電解電容結(jié)構(gòu)

2）測試電解電容端子尺寸與圖紙一致，具體如表2所示。

2.4.2 PCB板核實

焊接異常涉及的兩種型號PCB 板分別為A 廠家PCB 板型號1，BCD 廠家PCB 板型號2，結(jié)構(gòu)存在不一致現(xiàn)象，具體如圖6 所示。

圖6 PCB板型號1（左為正面，右為反面）

圖7 PCB板型號2（左為正面，右為反面）

同樣插裝矩形引腳電解電容的不同型號PCB 板結(jié)構(gòu)上存在差異，PCB 板型號2 有聚熱環(huán)、有排氣孔設(shè)計，PCB 型號1 無聚熱環(huán)，有排氣孔設(shè)計。

3   設(shè)計可靠性分析

對使用矩形引腳電解電容插裝的PCB 板進行封裝優(yōu)化完善，設(shè)計聚熱環(huán)，中間增加排氣孔及一定的矩形匹配處理，具體如圖8 所示。

圖8 PCB板矩形引腳封裝標(biāo)準(zhǔn)

焊盤形狀可以根據(jù)電解電容引腳矩形結(jié)構(gòu)在焊盤中間切開拉長匹配設(shè)計，如圖9 所示，根據(jù)電解電容矩形引腳相應(yīng)拉長L。

圖9 焊盤形狀結(jié)構(gòu)

4   整改效果驗證

4.1 E 廠家使用封裝優(yōu)化后的PCB 板實物如圖10所示，聚熱環(huán)、中間增加排氣孔及一定油墨矩形匹配處理。

 
圖10 PCB板型號3

4.2 E 廠家PCB 板型號3 插裝Y 廠家電解電容型號2 使用數(shù)據(jù)如圖11 所示，對應(yīng)電解電容與PCB 板焊接不良比率下降明顯。

圖11 X、Y廠家電解電容與不同廠家PCB焊接不良比例

5   焊接失效整改總結(jié)及意義

通過對不同廠家PCB 板、電解電容產(chǎn)品單體結(jié)構(gòu)分析，并從焊接失效機理、失效因素、結(jié)構(gòu)可靠性等多方面進行核實，對改善后產(chǎn)品單體結(jié)構(gòu)可靠性對比論證，發(fā)現(xiàn)需從器件本身進行整改。改善后進行對比分析，整改后效果明顯。結(jié)構(gòu)優(yōu)化對提升PCB 板焊接可靠性有良好作用。

焊接異常是多方面因素，生產(chǎn)設(shè)備對焊接質(zhì)量因素同樣重要。此次整改表明，PCB 板引入開發(fā)時需對設(shè)計矩形引腳電解電容位置的封裝可靠性進行詳細有效的測試評估，以提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)可靠性，提升PCB 板焊接的一次通過率。

參考文獻：

[1] 王煒.印制電路板(PCB)板件焊接工藝流程[J].東方電氣評論,2014(1):74-80.

[2] 牛永寶,劉佳,李斌.波峰焊焊接質(zhì)量問題研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(26):16.

[3] 呂文鋒,王海軍.淺談TPM在選擇性波峰焊設(shè)備管理中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程,2018(22):24-25.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）