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AI元器件装配的可靠性研究及应用

作者:李 帅,张秀凤,项永金时间:2020-04-29来源:收藏

  李 帅,张秀凤,项永金,濮学蕊,刘邓飞(格力电器(合肥)有限公司,安徽 合肥 230088)

本文引用地址:http://www.dzszp.com/article/202004/412572.htm

  摘 要:元器件焊接广泛应用于电子产品中,焊接是实现器件与PCB板连接,并于其它元器件间起相互连接作用,其目的是把两个金属连接在一起,使电流能导通。由于制造行业自动装配能力的升级,元器件实现AI设备已经普遍使用在电子厂中。因此研究装配的可靠性,避免AI设备后出现现象是目前急需解决的问题。本文以家电用控制器主板为例,阐述使用设备插装出现的解决方案,为后续的AI元器件设备插装可靠性提升奠定基础。

  关键词:AI元器件;插装;

  0 引言

  随着制造业的快速发展,电子产品越来越普及,要求我们需要更快速、更高效的生产电子产品。对于家电行业,空调PCBA上大部分电子元器件已经能够使用AI设备进行插装,以此大幅度提高生产效率。由于AI元器件厂家不同,不同电子元器件的引脚成型结构也会存在不同,在进行插装时存在抛料、元器件坍塌等各种现象,因此AI元器件装配可靠性的问题急需解决。

  1 元器件引脚插装不良原因及失效机理分析

  在空调PCBA生产过程中,引入使用A厂家电容在实际生产中反馈装配过程表现并不是很好,AI设备使用该厂家电容后,后工序经常性反馈设备插装出现电容本体下蹋而导致引脚过长情况,不良比例100%,如图1A厂家元器件装配故障现象。该现象在半成品过波峰焊时,由于引脚过长导致出现焊接不良现象,如出现焊点通孔及后工序生产容易导致焊盘脱焊隐患,如图2焊接异常现象(左图通孔,右图脱焊)。

  在生产过程中对出现引脚过长,不符合工艺要求的部分需要另安排人员跟线剪脚,及对过波峰焊通孔焊接增加补焊措施,来确保生产产品质量的可靠性。对增加补焊工作量及不良控制点,由于因手工焊接存在导致质量隐患,但同编码的B厂家生产却无此异常。

  1.1 A厂家与B厂家引脚成型外观对比分析

  编带引脚长度外观看B厂家本体较大,A厂家本体偏小,此类物料应从引脚折弯处具体编带孔中心位置,从图3可以看出两种厂家折弯处距离基本一致。

微信截图_20200511101021.jpg

  1.2 A厂家与B厂家引脚成型对比分析

  1.2.1A厂家引脚成型弧度的切线距离最大为0.89mm,B厂家引脚弧度切线最大距离为0.91mm,两厂家引脚成型弧度切值最大距离差别不大,如图4。

微信截图_20200511101028.jpg

  1。2。2A厂家引脚成型X轴距离为2。04mm,Y轴距离为3。03mm;B厂家引脚成型X轴距离为1。78mm,Y轴距离为1。88mm。通过对比A厂家与B厂家引脚成型尺寸对比,A厂家要比B厂家多1。15mm,见图5。

微信截图_20200511101035.jpg

500万彩票网  1.2.3A厂家引脚成型弧度为134.94°,引脚成型弯折弧度45.06°。B厂家引脚成型弧度113.67°,引脚成型弯折弧度66.33°,通过引脚成型弧度对比,B厂家引脚成型弧度比A厂家要大,如图6。

微信截图_20200511101043.jpg

  1.2.4A厂家引脚成型半径(r)为1.75mm,测试B厂家引脚成型半径(r)0.94mm,得出对于引脚弧度半径,B厂家比A厂家要小0.81mm,如图7。

微信截图_20200511101049.jpg

500万彩票网  综合以上分析,对比A厂家与B厂家引脚成型结构发现在引脚成型Y轴距离、引脚成型弧度、引脚成型半径(r)都所有不同,各因素的关系也是相关联的,由于成型弧度大,使得引脚成型半径、成型Y轴距离值大。在AI装配后,后工序容易出现本体下蹋从而导致引脚过长情况,影响引脚焊点的焊接及半成品的产品质量。

  2 AI元器件装配可靠性提升方案

500万彩票网  对引脚成型结构进行调整,由于引脚成型X轴距离、引脚成型弧度A及引脚成型半径(r)的3个参数相关性比较强,注释如图8。

微信截图_20200511101057.jpg

  具体可靠性提升方案如下。

  1)当引脚成型弧度大于135°时,引脚容易穿过焊盘,对引脚弧度进行调整为90°≤A≤120°时,由于角度较小,2个引脚会存在相互牵制作用,其中一个引脚因本体歪斜将穿过孔径是,另一引脚会阻止元器件本体歪斜,卡在焊盘中不会使其继续穿过焊盘,以此提高元器件装配可靠性。

  2)对引脚成型结构相关尺寸要求,X轴距离要大于1。80mm,该距离为孔径的1。5倍以上(孔径图纸中孔径为1。2mm)。

  3)引脚弯折半径r过大或过小会弯折引脚会影响引脚弯折弧度要求。A厂家引脚半径为0。5mm,要求设定引脚最小内弯半径为引脚直径的1~2倍,即D≤r≤2D。

500万彩票网  整体可靠性提升方案结构如图9。

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  3 整改效果评估及应用效果验证

  根据可靠性方案分析,若对PCB板孔径进行调整减少,对AI设备插装的效率会有影响,且无法满足设备插装对于精度控制的要求。目前主要涉及为A厂家存在插装影响有器件坍塌现象,需对引脚成型结构调整即可。

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  对A厂家结构调整如图10,通过外观对比明显对弯脚弧度及相关尺寸进行调整,具体数据如表1。对A厂家更改后制品进行插装验证,在AI设备插装后,未出现下塌导致引脚过长及本体坍塌现象,整改效果明显,如图11。

微信截图_20200511101117.jpg

  4 AI元器件装配改善意义

500万彩票网  本文结合失效现象,对AI元器件设备插装后存在的失效原因及失效机理分析,分析结果表明AI设备引脚成型结构尺寸设定不当,装配后非常容易出现AI元器件坍塌现象,经过对引脚成型尺寸结构调整,即对成型的引脚成型Y轴距离、引脚成型弧度、引脚成型半径(r)的尺寸进行调整,从元器件结构本身提高生产装配过程的可靠性。该整改思路通用性强,相关整改方案已经得到实际跟踪验证,可广泛运用于AI设备插装元器件引脚尺寸设计中,整改思路及可靠性提升方案行业均可借鉴。

  参考文献:

  [1] 周昊。随机激励下插装型电子元器件引脚振动应力分析[J]。机械工程师,2016(1):10。

  [2] 左新浪.电容器引脚断裂原因分析.第十一届中国高端SMT学术会议论文集[C].绵阳,四川省电子学会SMT专委会,2017.

  (注:本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第05期第76页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。)



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