AI元器件裝配的可靠性研究及應(yīng)用

李帥　張秀鳳　項永金　濮學(xué)蕊　劉鄧飛

摘要：元器件焊接廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，焊接是實現(xiàn)器件與PCB板連接，并于其它元器件間起相互連接作用，其目的是把兩個金屬連接在一起，使電流能導(dǎo)通。由于制造行業(yè)自動裝配能力的升級，元器件實現(xiàn)AI設(shè)備插裝已經(jīng)普遍使用在電子廠中。因此研究AI元器件裝配的可靠性，避免AI設(shè)備插裝后出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象是目前急需解決的問題。本文以家電用控制器主板AI元器件插裝為例，闡述AI元器件使用設(shè)備插裝出現(xiàn)坍塌的解決方案，為后續(xù)的AI元器件設(shè)備插裝可靠性提升奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：AI元器件;插裝;坍塌

0 引言

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越普及，要求我們需要更快速、更高效的生產(chǎn)電子產(chǎn)品。對于家電行業(yè)，空調(diào)PCBA上大部分電子元器件已經(jīng)能夠使用AI設(shè)備進行插裝，以此大幅度提高生產(chǎn)效率。由于AI元器件廠家不同，不同電子元器件的引腳成型結(jié)構(gòu)也會存在不同，在進行插裝時存在拋料、元器件坍塌等各種現(xiàn)象，因此AI元器件裝配可靠性的問題急需解決。

1 元器件引腳插裝不良原因及失效機理分析

在空調(diào)PCBA生產(chǎn)過程中，引入使用A廠家電容在實際生產(chǎn)中反饋裝配過程表現(xiàn)并不是很好，AI設(shè)備使用該廠家電容后，后工序經(jīng)常性反饋設(shè)備插裝出現(xiàn)電容本體下蹋而導(dǎo)致引腳過長情況，不良比例100%，如圖IA廠家元器件裝配故障現(xiàn)象。該現(xiàn)象在半成品過波峰焊時，由于引腳過長導(dǎo)致出現(xiàn)焊接不良現(xiàn)象，如出現(xiàn)焊點通孔及后工序生產(chǎn)容易導(dǎo)致焊盤脫焊隱患，如圖2焊接異?，F(xiàn)象（左圖通孔，右圖脫焊）。

在生產(chǎn)過程中對出現(xiàn)引腳過長，不符合工藝要求的部分需要另安排人員跟線剪腳，及對過波峰焊通孔焊接增加補焊措施，來確保生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性。對增加補焊工作量及不良控制點，由于因手工焊接存在導(dǎo)致質(zhì)量隱患，但同編碼的B廠家生產(chǎn)卻無此異常。

1.1 A廠家與B廠家引腳成型外觀對比分析

編帶引腳長度外觀看B廠家本體較大，A廠家本體偏小，此類物料應(yīng)從引腳折彎處具體編帶孔中心位置，從圖3可以看出兩種廠家折彎處距離基本一致。

1.2 A廠家與B廠家引腳成型對比分析

1.2.1 A廠家引腳成型弧度的切線距離最大為0.89mm，B廠家引腳弧度切線最大距離為0.91 mm，兩廠家引腳成型弧度切值最大距離差別不大，如圖4。

1.2.2 A廠家引腳成型X軸距離為2.04 mm，Y軸距離為3.03 mm;B廠家引腳成型X軸距離為1.78 mm，Y軸距離為1.88 mm。通過對比A廠家與B廠家引腳成型尺寸對比，A廠家要比B廠家多1.15 mm，見圖5。

1.2.3 A廠家引腳成型弧度為134.94°，引腳成型彎折弧度45.06°。B廠家引腳成型弧度113.67°，引腳成型彎折弧度66.33°，通過引腳成型弧度對比，B廠家引腳成型弧度比A廠家要大，如圖6。

1.2.4 A廠家引腳成型半徑（r）為1.75 mm，測試B廠家引腳成型半徑（r） 0.94 mm，得出對于引腳弧度半徑，B廠家比A廠家要小0.81 mm，如圖7。

綜合以上分析，對比A廠家與B廠家引腳成型結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)在引腳成型Y軸距離、引腳成型弧度、引腳成型半徑（r）都所有不同，各因素的關(guān)系也是相關(guān)聯(lián)的，由于成型弧度大，使得引腳成型半徑、成型Y軸距離值大。在AI裝配后，后工序容易出現(xiàn)本體下蹋從而導(dǎo)致引腳過長情況，影響引腳焊點的焊接及半成品的產(chǎn)品質(zhì)量。

2 A1元器件裝配可靠性提升方案

對引腳成型結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，由于引腳成型X軸距離、引腳成型弧度A及引腳成型半徑（r）的3個參數(shù)相關(guān)性比較強，注釋如圖8。

具體可靠性提升方案如下。

1）當(dāng)引腳成型弧度大于135°時，引腳容易穿過焊盤，對引腳弧度進行調(diào)整為90°≤A≤120°時，由于角度較小，2個引腳會存在相互牽制作用，其中一個引腳因本體歪斜將穿過孔徑是，另一引腳會阻止元器件本體歪斜，卡在焊盤中不會使其繼續(xù)穿過焊盤，以此提高元器件裝配可靠性。

2）對引腳成型結(jié)構(gòu)相關(guān)尺寸要求，X軸距離要大于1.80 mm，該距離為孔徑的1.5倍以上（孔徑圖紙中孔徑為1.2 mm）。

3）引腳彎折半徑r過大或過小會彎折引腳會影響引腳彎折弧度要求。A廠家引腳半徑為0.5 mm，要求設(shè)定引腳最小內(nèi)彎半徑為引腳直徑的1-2倍，即D≤r≤2D。

整體可靠性提升方案結(jié)構(gòu)如圖9。

3 整改效果評估及應(yīng)用效果驗證

根據(jù)可靠性方案分析，若對PCB板孔徑進行調(diào)整減少，對AI設(shè)備插裝的效率會有影響，且無法滿足設(shè)備插裝對于精度控制的要求。目前主要涉及為A廠家存在插裝影響有器件坍塌現(xiàn)象，需對引腳成型結(jié)構(gòu)調(diào)整即可。對A廠家結(jié)構(gòu)調(diào)整如圖10，通過外觀對比明顯對彎腳弧度及相關(guān)尺寸進行調(diào)整，具體數(shù)據(jù)如表1。

對A廠家更改后制品進行插裝驗證，在AI設(shè)備插裝后，未出現(xiàn)下塌導(dǎo)致引腳過長及本體坍塌現(xiàn)象，整改效果明顯，如圖11。

4 A1元器件裝配改善意義

本文結(jié)合失效現(xiàn)象，對AI元器件設(shè)備插裝后存在的失效原因及失效機理分析，分析結(jié)果表明AI設(shè)備引腳成型結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)定不當(dāng)，裝配后非常容易出現(xiàn)AI元器件坍塌現(xiàn)象，經(jīng)過對引腳成型尺寸結(jié)構(gòu)調(diào)整，即對成型的引腳成型Y軸距離、引腳成型弧度、引腳成型半徑（r）的尺寸進行調(diào)整，從元器件結(jié)構(gòu)本身提高生產(chǎn)裝配過程的可靠性。該整改思路通用性強，相關(guān)整改方案已經(jīng)得到實際跟蹤驗證，可廣泛運用于AI設(shè)備插裝元器件引腳尺寸設(shè)計中，整改思路及可靠性提升方案行業(yè)均可借鑒。

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