矩形引腳電解電容PCB板焊接提升的可靠性研究及應用

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(guò)焊接有序連接起來(lái)，以實(shí)現主板邏輯功能^[1]。電解電容對空調供電電源質(zhì)量、保護電路免受過(guò)電壓擊穿有不可或缺的作用，是維護電路穩定工作的基石。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致整個(gè)控制器電路失效。本文從器件結構、設計匹配、失效因素等方面進(jìn)行分析，整改方案可以為同類(lèi)型焊接失效分析整改提供借鑒和參考。

1   事件背景

空調控制器引入使用X、Y 廠(chǎng)家不同型號的高壓電解電容，在實(shí)際生產(chǎn)中反饋焊接可靠性表現并不是很好，生產(chǎn)過(guò)程中電解電容與PCB 板焊接存在不良現象，嚴重影響過(guò)程質(zhì)量管控及售后質(zhì)量?？蛻?hù)安裝空調后長(cháng)期使用存在電解電容失效現象，導致整機運行出現失效問(wèn)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(wèn)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象核實(shí)，兩個(gè)廠(chǎng)家電解電容焊接異常（圖1、圖2），X 廠(chǎng)家電解電容焊接失效位置全部集中在負極通孔，Y 廠(chǎng)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(chǎng)家電解電容焊接通孔不良異常品進(jìn)行手工加錫驗證，加錫后，焊接外觀(guān)符合要求。

2.3 線(xiàn)體波峰焊參數

核實(shí)波峰焊焊接焊接參數各項參數都符合要求，重點(diǎn)對線(xiàn)體鏈速、波峰、角度進(jìn)行調整（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 調整為1 200 mm/min；

2）波峰2 由13.7 Hz 調整為14.3 Hz；

3）調整波峰焊接鏈條角度；

4）調整助焊劑劑量。

圖3 波峰焊焊接參數

通過(guò)調整波峰焊設備相關(guān)參數，焊接效果改善明顯，說(shuō)明波峰焊設備參數調整對焊接改善有關(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(shí)

1）焊接異常涉及的兩種型號電解電容分別為X 廠(chǎng)家電解電容型號1 及Y 廠(chǎng)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(chǎng)家電解電容結構

圖5 Y廠(chǎng)家電解電容結構

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(shí)

焊接異常涉及的兩種型號PCB 板分別為A 廠(chǎng)家PCB 板型號1，BCD 廠(chǎng)家PCB 板型號2，結構存在不一致現象，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 板結構上存在差異，PCB 板型號2 有聚熱環(huán)、有排氣孔設計，PCB 型號1 無(wú)聚熱環(huán)，有排氣孔設計。

3   設計可靠性分析

對使用矩形引腳電解電容插裝的PCB 板進(jìn)行封裝優(yōu)化完善，設計聚熱環(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板矩形引腳封裝標準

焊盤(pán)形狀可以根據電解電容引腳矩形結構在焊盤(pán)中間切開(kāi)拉長(cháng)匹配設計，如圖9 所示，根據電解電容矩形引腳相應拉長(cháng)L。

圖9 焊盤(pán)形狀結構

4   整改效果驗證

4.1 E 廠(chǎng)家使用封裝優(yōu)化后的PCB 板實(shí)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(chǎng)家PCB 板型號3 插裝Y 廠(chǎng)家電解電容型號2 使用數據如圖11 所示，對應電解電容與PCB 板焊接不良比率下降明顯。

圖11 X、Y廠(chǎng)家電解電容與不同廠(chǎng)家PCB焊接不良比例

5   焊接失效整改總結及意義

通過(guò)對不同廠(chǎng)家PCB 板、電解電容產(chǎn)品單體結構分析，并從焊接失效機理、失效因素、結構可靠性等多方面進(jìn)行核實(shí)，對改善后產(chǎn)品單體結構可靠性對比論證，發(fā)現需從器件本身進(jìn)行整改。改善后進(jìn)行對比分析，整改后效果明顯。結構優(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)設備對焊接質(zhì)量因素同樣重要。此次整改表明，PCB 板引入開(kāi)發(fā)時(shí)需對設計矩形引腳電解電容位置的封裝可靠性進(jìn)行詳細有效的測試評估，以提高產(chǎn)品的結構可靠性，提升PCB 板焊接的一次通過(guò)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(wèn)題研究[J].科技創(chuàng )新與應用,2014(26):16.

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

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期）