工业制程应力分析与防护知识培训

1、 制程应力分析与防护制程应力分析与防护一、应力知识基础一、应力知识基础二、制程应力分析二、制程应力分析三、制程应力防护三、制程应力防护四、制程应力案例四、制程应力案例 制程应力分析与防护制程应力分析与防护应力知识基础应力知识基础 / /应力的概念应力的概念FA=PnA 0Lim Pn ，Pn称为P点在外法线为n的截面上的应力矢量。可见：应力实际上是指单位面积上的内力，表示某截面微面积 处内力的密集程度 。应力知识基础应力知识基础 / /应力的概念应力的概念FFFF1F2应力：将物体分解为点进行受力分析应力：将物体分解为点进行受力分析牛顿力学：将物体作为一个质点进行受力分析牛顿力学：将物体作为一

2、个质点进行受力分析应力知识基础应力知识基础 / /应力的概念应力的概念 是用以描述一点处变形程度的力学量。 物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般并不相同，对于物体上任“一点”变形，只有线变形和角变形两种基本变形，它们分别由线应变和角应变来度量。 在直角坐标中所取单元体为正六面体时，三条相互垂直的棱边的长度在变形前后的改变量与原长之比，定义为线应变。 ） 单元体的两条相互垂直的棱边，在变形后的直角改变量，定义为角应变或切应变。 线应变实例角应变实例应力知识基础应力知识基础 / /应变应变 ：由大小相等、方向相反、作用线与杆件轴线重合的一对力引起，表现为杆件长度的伸长或缩短。：由大小相等、方

3、向相反、相互平行且作用线相距很近的一对力引起的，表现为受剪杆件的两部分沿外力作用方向发生相对错动。拉伸与压缩应力知识基础应力知识基础 / /应变应变由大小相等、方向相反、作用面垂直于杆轴的两个力偶引起，表现为杆件的任意两个横截面发生绕轴线的相对转动。由垂直于杆件轴线的横向力，或由作用于包含杆轴的纵向平面内的一对大小相等、方向相反的力偶引起，表现为杆件轴线由直线变为曲线。弯曲扭转应力知识基础应力知识基础 / /应变应变 由于物体局部形状尺寸的突然改变而引起截面突变处的局部应力急剧增大的现象称为应力集中。 截面尺寸变化越急剧，孔越小，角越尖，应力集中的程度就越严重，局部出现的最大应力 就越大。ma

4、x称为应力峰值，当其受轴向拉伸时，在圆孔和切口附近的局部区域内，应力的数值剧烈增加，而在离开这一区域稍远的地方，应力迅速降低而趋于均匀。应力知识基础应力知识基础 / /几个应力概念几个应力概念 ：物体加热或冷却时，体内各部分因温度变化而伸缩，如果伸缩受到 约束则产生热应力。 物体受热变形时的变化量 =L=LT T ：代表单位升温的应变量 两种极端的热应力应变： 自由变形状态：自由位移，无热应力。 完全约束状态：热应力最大；：物体受外力作用时， 其中引起塑性变形的外力作的功以物体内部变形而存贮起来。当外力消除以后，应力不均匀的能量要施放出来，引起了物体缓慢地变形，即残余应力作功，直到能量全部施放

5、出来为止，变形结束。：是不致引起构件发生破坏，或过大变形的最大许可应力值。应力知识基础应力知识基础 / /几个应力概念几个应力概念 ： 习惯上，根据静拉伸时的伸长率来划分材料的塑性。伸长率大于5%的材料通常称为，小于5的称为。 : : 脆性材料的脆性断裂。 塑性材料的应力超过屈服极限，导致较大的应变增量，造成屈服破坏。 当应力保持不变时应变随时间的延续而增加和现象. 应力尚末达到屈服应力，但因变形已超过刚度要求而不能正常工作。应力知识基础应力知识基础 / /应力失效应力失效弹性形变屈服（塑性形变）强化颈缩断裂 脆性材料拉伸断裂时，几乎没有塑性变形。塑性材料的应力应变曲线低碳钢的应力应变曲线无塑

6、性变形及屈服，达到强度极限时即发生脆性断裂无明显的屈服阶段。经历大量塑性变形，有明显的屈服阶段。脆性材料的应力应变曲线应力知识基础应力知识基础 / /应力失效应力失效制程应力分析与防护制程应力分析与防护0陶瓷拉伸陶瓷拉伸金属拉伸金属拉伸金属与陶瓷的应力-应变曲线陶瓷压缩陶瓷压缩制程应力分析制程应力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容 焊端陶瓷介质电极制程应力分析制程应力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容 A、来料：因工艺缺陷，造成片容的陶瓷介质存在大量的微裂纹，使器件的实际抗拉强度更低，电容所受的拉应力在裂纹尖端引起很高的应力集中，即使在正常的分板应力和PCB形变状态下，就可能导致器件内部产生宏观裂纹（引起性能

7、下降或失效）甚至断裂；B、分板应力：PCB在分板时会发生形变，并且离V-CUT越近变形越大，器件所受应力也越大；C、基板变形：同分板应力；D、外力撞击：PCBA相互碰撞、摔板、跌落；E、电应力：如尖峰电压、工作电流超过额定电流；F、热应力：焊接温度过高、波峰T过大。制程应力分析制程应力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容应力损伤应力损伤裂纹裂纹制程应力分析制程应力分析/ /陶瓷片容陶瓷片容 电学符号负极标识 电学符号电解电容内部构造制程应力分析制程应力分析/ /电解电容电解电容引线铝梗电解纸正极负极引线铝梗套管胶塞电极外壳制程应力分析制程应力分析/ /电解电容电解电容沿引脚轴向施力梗与铝箔的结点，将分别

8、受到拉伸和压缩两种形变。1铝梗被拉出铝梗被压入铝箔内，造成铝梗将正负极铝箔短路制程应力分析制程应力分析/ /电解电容电解电容电容本体与基板未接触垂直于引脚轴向施力，但本体未与板面接触梗与铝箔的结点无应力2铝梗与铝箔接合处出现撕裂制程应力分析制程应力分析/ /电解电容电解电容电容本体与基板接触垂直于引脚轴向施力，但且本体与板面接触梗与铝箔的结点受到拉伸应力3铝梗在拉力作用下在铝箔上产生的皱褶，可能导致铝箔的裂纹，在拉伸位移时，还可能损伤介质，造成正负极铝箔短路制程应力分析制程应力分析/ /电解电容电解电容修补电容高件时，管脚焊点未熔化或未同时熔化时即强行施力电容本体梗与铝箔的结点将受到相反方向的

9、应力4铝箔介质铝梗向铝箔内部位移时形成的皱褶，可能导致铝箔的裂纹，在拉伸位移时，还可能损伤介质，造成正负极铝箔短路制程应力分析制程应力分析/ /电解电容电解电容 焊点在恒定的应力作用下随时间变化而发生断裂，即我们通常所说的锡裂。从焊点在恒定的应力作用下随时间变化而发生断裂，即我们通常所说的锡裂。从下面曲线我们可以看到，即使我们在进行装配时已存在应力，如果应力较小，并不下面曲线我们可以看到，即使我们在进行装配时已存在应力，如果应力较小，并不会立即导致锡裂的产生，而可能是在客户使用过程中发生，这种情总况更加可怕！会立即导致锡裂的产生，而可能是在客户使用过程中发生，这种情总况更加可怕！ 目前我司在电

10、晶体装配中普遍存在应力问题，而目前常用的方法是采用焊点加目前我司在电晶体装配中普遍存在应力问题，而目前常用的方法是采用焊点加锡避免锡裂，但这种方法只能部份避免生产现场的锡裂，却不能改变蠕变的结果。锡避免锡裂，但这种方法只能部份避免生产现场的锡裂，却不能改变蠕变的结果。 焊锡本身存在金属疲劳，并且，电源在高温工作时，焊锡内部形成的焊锡本身存在金属疲劳，并且，电源在高温工作时，焊锡内部形成的IMC合合金层会继续生长，导致焊点的脆性增加，如果加上装配应力的存在，可以说，锡裂金层会继续生长，导致焊点的脆性增加，如果加上装配应力的存在，可以说，锡裂不可避免，只是时间问题。不可避免，只是时间问题。制程应力

11、分析制程应力分析/ /钎料的蠕变钎料的蠕变应变时间初始应变断裂点制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体模具固定装置应力=0，条件：电晶体轴向水平当有水平夹角a, F1=FSina冲压时本体起翘a制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体a有安全间距La无安全间距有安全间距但本体与上模接触a制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体本体定位管脚定位制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体PCB制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体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封装的电晶体封装的电晶体由于安装孔距芯片位置由于安装孔距芯片位置较远，可以直接使用电较远，可以直接使用电批紧固批紧固制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体裂纹裂纹裂纹裂纹芯片靠近管脚侧出现裂芯片靠近管脚侧出现裂纹纹芯片左角损坏分层芯片左角损坏分层制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体靠安装孔的区域芯片可靠安装孔的区域芯片可能受电批冲力损坏能受电批冲力损坏制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体散热器芯片制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体正常失效：反向耐压降低正常失效：反向呈阻性制程应力分析制程应力分析/ /电晶体电晶体制程应力分析制程应力分析/ /分板分板沿变形曲面切线的

13、拉应力沿曲面切线方向的拉应力分板模具PCBA变形曲面各处曲率均相同制程应力分析制程应力分析/ /分板分板 制程应力分析制程应力分析/ /分板分板V-CUT中心偏移，分板时，刀片将产生一组大小相等、方向相反、相互平行的作用力，即剪切，PCB将产生剪切应剪切应变变制程应力分析制程应力分析/ /分板分板制程应力分析制程应力分析/ /热应力热应力制程应力分析与防护制程应力分析与防护在整个冲压成型冲程时,应保证器件 与模具的上模有足够的间隙H,以免器件本体与模具的上模接触放置器件时必须保证其顶端与模具边缘接触应大于一倍元件管脚直径电晶体本体底部与模具边缘应保证有1mm以上的距离.制程应力防护制程应力防护

14、/ /电晶体成型的工艺要求电晶体成型的工艺要求器件跌落高度绶冲装置制程应力防护制程应力防护/ /电晶体成型的工艺要求电晶体成型的工艺要求制程应力防护制程应力防护/ /电解电容制程电解电容制程CPCP制程应力防护制程应力防护/ /器件成型器件成型没有应力释放措施，该安装方式不能接收弯曲的管脚可吸收并释放应力制程应力防护制程应力防护/ /器件成型器件成型制程应力防护制程应力防护/ /手工成型手工成型 正确的成型方法正确的成型方法错误的成型方法错误的成型方法安全余量安全余量LL1(1+T1*16PPM)(1+T2*11PPM)L=300.45mm制程应力防护制程应力防护/ /模具设计模具设计翼形管脚

15、制程应力防护制程应力防护/ /焊接焊接引脚折弯处有焊锡堆积引脚折弯处有焊锡堆积引脚根部及折弯处均有焊锡堆积制程应力防护制程应力防护/PCB/PCB设计设计连接器周围3mm范围内尽量不布置SMD进板方向进板方向元件纵向与进板方向平行，应力较小元件纵向与进板方向垂直，器件易崩裂Minimum 3mmMinimum 2mmV-cut制程应力防护制程应力防护/PCB/PCB设计设计制程应力分析与防护制程应力分析与防护电解电容应力失效电解电容应力失效制程应力失效典型案例制程应力失效典型案例我司制程中典型的应力案例我司制程中典型的应力案例制程应力案例制程应力案例器件根部已与散热器接触，但顶部却仍与散热器存

16、在缝隙，组装时员工将强行校正电晶体，使其与散热器紧贴，但器件根部已存在非常大且无法释放的应力。器件组装后器件管脚存在明显的变形，器件存在装配应力，该应力将导致焊点锡裂和器件应力损伤隐患我司制程中典型的应力案例我司制程中典型的应力案例制程应力案例制程应力案例器件加涂硅脂和绝缘片时被人为倾斜，在装配时又被强行校正，器件存在很大的应力受损隐患。热应力案例热应力案例 *下图的PCBA由于模具设计问题，导致报废41PCS,直接损失24000RMB。*原因：PCB过锡架设计时没有给出适当的余量，在进行波峰焊接时，由于模具（合成石）与PCB板材（FR-4)的热膨胀系数不一致，导致PCB的板材在热膨胀时受到模

17、具的制约而造成形变(请参考第47页的分析）制程应力案例制程应力案例L:安全余量不满足要求安全余量不满足要求片容失效案例片容失效案例制程应力失效典型案例制程应力失效典型案例铣槽片容由于铣槽的存在，使位于两 铣槽之间PCB最为脆弱，该区域的片容由于平行放板方式造成的重力形变而造成应力失效。分板应力失效案例分板应力失效案例制程应力失效典型案例制程应力失效典型案例刀片下刀片由于磨损导致刀片表面曲面分板机下刀片磨损形成的曲面，造成分板时单板严重变形，对贴片板造成致命损伤分板应力损伤案例分板应力损伤案例制程应力失效典型案例制程应力失效典型案例V-CUT主板片容片容1mm铣槽L=1mm由于片容距V-CUT间

18、距小于2mm的安全间距，分板时造成成约60的片容出现断裂，解决方案是在该区域增加铣槽设计，或更改PCB设计，使边缘间距达到2mm的最低要求功率管成型应力失效功率管成型应力失效制程应力失效典型案例制程应力失效典型案例a器件与上模间无安全间距，成型时器件根部与模具间产生应力，导致器件批量失效。 MOS管应力受损，导致老化时炸机，不良率4.片容应力损坏案例片容应力损坏案例 H6412U1板客户要求的垂直度很高：正负3度，但因为U1板支撑模具的精度问题，造成部份单板不能达到客户要求，需要后续校正。制程应力失效典型案例制程应力失效典型案例 U1板通过28PIN双排插针和C1板连接，维修该板的正确的方法是将所有焊点的焊锡清除掉，再校正单板，再进行焊接，但因为这样操作难度太大，作业员为简化操作