工業(yè)制程應力分析與防護知識培訓

1、 制程應力分析與防護制程應力分析與防護一、應力知識基礎一、應力知識基礎二、制程應力分析二、制程應力分析三、制程應力防護三、制程應力防護四、制程應力案例四、制程應力案例 制程應力分析與防護制程應力分析與防護應力知識基礎應力知識基礎 / /應力的概念應力的概念FA=PnA 0Lim Pn ，Pn稱為P點在外法線為n的截面上的應力矢量?？梢姡簯嶋H上是指單位面積上的內力，表示某截面微面積 處內力的密集程度 。應力知識基礎應力知識基礎 / /應力的概念應力的概念FFFF1F2應力：將物體分解為點進行受力分析應力：將物體分解為點進行受力分析牛頓力學：將物體作為一個質點進行受力分析牛頓力學：將物體作為一

2、個質點進行受力分析應力知識基礎應力知識基礎 / /應力的概念應力的概念 是用以描述一點處變形程度的力學量。 物體受力產(chǎn)生變形時，體內各點處變形程度一般并不相同，對于物體上任“一點”變形，只有線變形和角變形兩種基本變形，它們分別由線應變和角應變來度量。 在直角坐標中所取單元體為正六面體時，三條相互垂直的棱邊的長度在變形前后的改變量與原長之比，定義為線應變。 ） 單元體的兩條相互垂直的棱邊，在變形后的直角改變量，定義為角應變或切應變。 線應變實例角應變實例應力知識基礎應力知識基礎 / /應變應變 ：由大小相等、方向相反、作用線與桿件軸線重合的一對力引起，表現(xiàn)為桿件長度的伸長或縮短。：由大小相等、方

3、向相反、相互平行且作用線相距很近的一對力引起的，表現(xiàn)為受剪桿件的兩部分沿外力作用方向發(fā)生相對錯動。拉伸與壓縮應力知識基礎應力知識基礎 / /應變應變由大小相等、方向相反、作用面垂直于桿軸的兩個力偶引起，表現(xiàn)為桿件的任意兩個橫截面發(fā)生繞軸線的相對轉動。由垂直于桿件軸線的橫向力，或由作用于包含桿軸的縱向平面內的一對大小相等、方向相反的力偶引起，表現(xiàn)為桿件軸線由直線變?yōu)榍€。彎曲扭轉應力知識基礎應力知識基礎 / /應變應變 由于物體局部形狀尺寸的突然改變而引起截面突變處的局部應力急劇增大的現(xiàn)象稱為應力集中。 截面尺寸變化越急劇，孔越小，角越尖，應力集中的程度就越嚴重，局部出現(xiàn)的最大應力 就越大。ma

4、x稱為應力峰值，當其受軸向拉伸時，在圓孔和切口附近的局部區(qū)域內，應力的數(shù)值劇烈增加，而在離開這一區(qū)域稍遠的地方，應力迅速降低而趨于均勻。應力知識基礎應力知識基礎 / /幾個應力概念幾個應力概念 ：物體加熱或冷卻時，體內各部分因溫度變化而伸縮，如果伸縮受到 約束則產(chǎn)生熱應力。 物體受熱變形時的變化量 =L=LT T ：代表單位升溫的應變量 兩種極端的熱應力應變： 自由變形狀態(tài)：自由位移，無熱應力。 完全約束狀態(tài)：熱應力最大；：物體受外力作用時， 其中引起塑性變形的外力作的功以物體內部變形而存貯起來。當外力消除以后，應力不均勻的能量要施放出來，引起了物體緩慢地變形，即殘余應力作功，直到能量全部施放

5、出來為止，變形結束。：是不致引起構件發(fā)生破壞，或過大變形的最大許可應力值。應力知識基礎應力知識基礎 / /幾個應力概念幾個應力概念 ： 習慣上，根據(jù)靜拉伸時的伸長率來劃分材料的塑性。伸長率大于5%的材料通常稱為，小于5的稱為。 : : 脆性材料的脆性斷裂。 塑性材料的應力超過屈服極限，導致較大的應變增量，造成屈服破壞。 當應力保持不變時應變隨時間的延續(xù)而增加和現(xiàn)象. 應力尚末達到屈服應力，但因變形已超過剛度要求而不能正常工作。應力知識基礎應力知識基礎 / /應力失效應力失效彈性形變屈服（塑性形變）強化頸縮斷裂 脆性材料拉伸斷裂時，幾乎沒有塑性變形。塑性材料的應力應變曲線低碳鋼的應力應變曲線無塑

6、性變形及屈服，達到強度極限時即發(fā)生脆性斷裂無明顯的屈服階段。經(jīng)歷大量塑性變形，有明顯的屈服階段。脆性材料的應力應變曲線應力知識基礎應力知識基礎 / /應力失效應力失效制程應力分析與防護制程應力分析與防護0陶瓷拉伸陶瓷拉伸金屬拉伸金屬拉伸金屬與陶瓷的應力-應變曲線陶瓷壓縮陶瓷壓縮制程應力分析制程應力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容 焊端陶瓷介質電極制程應力分析制程應力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容 A、來料：因工藝缺陷，造成片容的陶瓷介質存在大量的微裂紋，使器件的實際抗拉強度更低，電容所受的拉應力在裂紋尖端引起很高的應力集中，即使在正常的分板應力和PCB形變狀態(tài)下，就可能導致器件內部產(chǎn)生宏觀裂紋（引起性能

7、下降或失效）甚至斷裂；B、分板應力：PCB在分板時會發(fā)生形變，并且離V-CUT越近變形越大，器件所受應力也越大；C、基板變形：同分板應力；D、外力撞擊：PCBA相互碰撞、摔板、跌落；E、電應力：如尖峰電壓、工作電流超過額定電流；F、熱應力：焊接溫度過高、波峰T過大。制程應力分析制程應力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容應力損傷應力損傷裂紋裂紋制程應力分析制程應力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容 電學符號負極標識 電學符號電解電容內部構造制程應力分析制程應力分析/ /電解電容電解電容引線鋁梗電解紙正極負極引線鋁梗套管膠塞電極外殼制程應力分析制程應力分析/ /電解電容電解電容沿引腳軸向施力梗與鋁箔的結點，將分別

8、受到拉伸和壓縮兩種形變。1鋁梗被拉出鋁梗被壓入鋁箔內，造成鋁梗將正負極鋁箔短路制程應力分析制程應力分析/ /電解電容電解電容電容本體與基板未接觸垂直于引腳軸向施力，但本體未與板面接觸梗與鋁箔的結點無應力2鋁梗與鋁箔接合處出現(xiàn)撕裂制程應力分析制程應力分析/ /電解電容電解電容電容本體與基板接觸垂直于引腳軸向施力，但且本體與板面接觸梗與鋁箔的結點受到拉伸應力3鋁梗在拉力作用下在鋁箔上產(chǎn)生的皺褶，可能導致鋁箔的裂紋，在拉伸位移時，還可能損傷介質，造成正負極鋁箔短路制程應力分析制程應力分析/ /電解電容電解電容修補電容高件時，管腳焊點未熔化或未同時熔化時即強行施力電容本體梗與鋁箔的結點將受到相反方向的

9、應力4鋁箔介質鋁梗向鋁箔內部位移時形成的皺褶，可能導致鋁箔的裂紋，在拉伸位移時，還可能損傷介質，造成正負極鋁箔短路制程應力分析制程應力分析/ /電解電容電解電容 焊點在恒定的應力作用下隨時間變化而發(fā)生斷裂，即我們通常所說的錫裂。從焊點在恒定的應力作用下隨時間變化而發(fā)生斷裂，即我們通常所說的錫裂。從下面曲線我們可以看到，即使我們在進行裝配時已存在應力，如果應力較小，并不下面曲線我們可以看到，即使我們在進行裝配時已存在應力，如果應力較小，并不會立即導致錫裂的產(chǎn)生，而可能是在客戶使用過程中發(fā)生，這種情總況更加可怕！會立即導致錫裂的產(chǎn)生，而可能是在客戶使用過程中發(fā)生，這種情總況更加可怕！ 目前我司在電

10、晶體裝配中普遍存在應力問題，而目前常用的方法是采用焊點加目前我司在電晶體裝配中普遍存在應力問題，而目前常用的方法是采用焊點加錫避免錫裂，但這種方法只能部份避免生產(chǎn)現(xiàn)場的錫裂，卻不能改變蠕變的結果。錫避免錫裂，但這種方法只能部份避免生產(chǎn)現(xiàn)場的錫裂，卻不能改變蠕變的結果。 焊錫本身存在金屬疲勞，并且，電源在高溫工作時，焊錫內部形成的焊錫本身存在金屬疲勞，并且，電源在高溫工作時，焊錫內部形成的IMC合合金層會繼續(xù)生長，導致焊點的脆性增加，如果加上裝配應力的存在，可以說，錫裂金層會繼續(xù)生長，導致焊點的脆性增加，如果加上裝配應力的存在，可以說，錫裂不可避免，只是時間問題。不可避免，只是時間問題。制程應力

11、分析制程應力分析/ /釬料的蠕變釬料的蠕變應變時間初始應變斷裂點制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體模具固定裝置應力=0，條件：電晶體軸向水平當有水平夾角a, F1=FSina沖壓時本體起翹a制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體a有安全間距La無安全間距有安全間距但本體與上模接觸a制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體本體定位管腳定位制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體PCB制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體1.0 2.0 Kgf.cm)TO-247/TO-264芯片芯片TO-220芯片芯片塑封TO-220芯片芯片TO-2

12、20封裝的電晶體封裝的電晶體由于安裝孔距芯片位置由于安裝孔距芯片位置較遠，可以直接使用電較遠，可以直接使用電批緊固批緊固制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體裂紋裂紋裂紋裂紋芯片靠近管腳側出現(xiàn)裂芯片靠近管腳側出現(xiàn)裂紋紋芯片左角損壞分層芯片左角損壞分層制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體靠安裝孔的區(qū)域芯片可靠安裝孔的區(qū)域芯片可能受電批沖力損壞能受電批沖力損壞制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體散熱器芯片制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體正常失效：反向耐壓降低正常失效：反向呈阻性制程應力分析制程應力分析/ /電晶體電晶體制程應力分析制程應力分析/ /分板分板沿變形曲面切線的

13、拉應力沿曲面切線方向的拉應力分板模具PCBA變形曲面各處曲率均相同制程應力分析制程應力分析/ /分板分板 制程應力分析制程應力分析/ /分板分板V-CUT中心偏移，分板時，刀片將產(chǎn)生一組大小相等、方向相反、相互平行的作用力，即剪切，PCB將產(chǎn)生剪切應剪切應變變制程應力分析制程應力分析/ /分板分板制程應力分析制程應力分析/ /熱應力熱應力制程應力分析與防護制程應力分析與防護在整個沖壓成型沖程時,應保證器件 與模具的上模有足夠的間隙H,以免器件本體與模具的上模接觸放置器件時必須保證其頂端與模具邊緣接觸應大于一倍元件管腳直徑電晶體本體底部與模具邊緣應保證有1mm以上的距離.制程應力防護制程應力防護

14、/ /電晶體成型的工藝要求電晶體成型的工藝要求器件跌落高度綬沖裝置制程應力防護制程應力防護/ /電晶體成型的工藝要求電晶體成型的工藝要求制程應力防護制程應力防護/ /電解電容制程電解電容制程CPCP制程應力防護制程應力防護/ /器件成型器件成型沒有應力釋放措施，該安裝方式不能接收彎曲的管腳可吸收并釋放應力制程應力防護制程應力防護/ /器件成型器件成型制程應力防護制程應力防護/ /手工成型手工成型 正確的成型方法正確的成型方法錯誤的成型方法錯誤的成型方法安全余量安全余量LL1(1+T1*16PPM)(1+T2*11PPM)L=300.45mm制程應力防護制程應力防護/ /模具設計模具設計翼形管腳

15、制程應力防護制程應力防護/ /焊接焊接引腳折彎處有焊錫堆積引腳折彎處有焊錫堆積引腳根部及折彎處均有焊錫堆積制程應力防護制程應力防護/PCB/PCB設計設計連接器周圍3mm范圍內盡量不布置SMD進板方向進板方向元件縱向與進板方向平行，應力較小元件縱向與進板方向垂直，器件易崩裂Minimum 3mmMinimum 2mmV-cut制程應力防護制程應力防護/PCB/PCB設計設計制程應力分析與防護制程應力分析與防護電解電容應力失效電解電容應力失效制程應力失效典型案例制程應力失效典型案例我司制程中典型的應力案例我司制程中典型的應力案例制程應力案例制程應力案例器件根部已與散熱器接觸，但頂部卻仍與散熱器存

16、在縫隙，組裝時員工將強行校正電晶體，使其與散熱器緊貼，但器件根部已存在非常大且無法釋放的應力。器件組裝后器件管腳存在明顯的變形，器件存在裝配應力，該應力將導致焊點錫裂和器件應力損傷隱患我司制程中典型的應力案例我司制程中典型的應力案例制程應力案例制程應力案例器件加涂硅脂和絕緣片時被人為傾斜，在裝配時又被強行校正，器件存在很大的應力受損隱患。熱應力案例熱應力案例 *下圖的PCBA由于模具設計問題，導致報廢41PCS,直接損失24000RMB。*原因：PCB過錫架設計時沒有給出適當?shù)挠嗔?，在進行波峰焊接時，由于模具（合成石）與PCB板材（FR-4)的熱膨脹系數(shù)不一致，導致PCB的板材在熱膨脹時受到模

17、具的制約而造成形變(請參考第47頁的分析）制程應力案例制程應力案例L:安全余量不滿足要求安全余量不滿足要求片容失效案例片容失效案例制程應力失效典型案例制程應力失效典型案例銑槽片容由于銑槽的存在，使位于兩 銑槽之間PCB最為脆弱，該區(qū)域的片容由于平行放板方式造成的重力形變而造成應力失效。分板應力失效案例分板應力失效案例制程應力失效典型案例制程應力失效典型案例刀片下刀片由于磨損導致刀片表面曲面分板機下刀片磨損形成的曲面，造成分板時單板嚴重變形，對貼片板造成致命損傷分板應力損傷案例分板應力損傷案例制程應力失效典型案例制程應力失效典型案例V-CUT主板片容片容1mm銑槽L=1mm由于片容距V-CUT間

18、距小于2mm的安全間距，分板時造成成約60的片容出現(xiàn)斷裂，解決方案是在該區(qū)域增加銑槽設計，或更改PCB設計，使邊緣間距達到2mm的最低要求功率管成型應力失效功率管成型應力失效制程應力失效典型案例制程應力失效典型案例a器件與上模間無安全間距，成型時器件根部與模具間產(chǎn)生應力，導致器件批量失效。 MOS管應力受損，導致老化時炸機，不良率4.片容應力損壞案例片容應力損壞案例 H6412U1板客戶要求的垂直度很高：正負3度，但因為U1板支撐模具的精度問題，造成部份單板不能達到客戶要求，需要后續(xù)校正。制程應力失效典型案例制程應力失效典型案例 U1板通過28PIN雙排插針和C1板連接，維修該板的正確的方法是將所有焊點的焊錫清除掉，再校正單板，再進行焊接，但因為這樣操作難度太大，作業(yè)員為簡化操作