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FTIR在电子产品组装中的应用
录入时间:2018/12/4 12:27:58

【摘要】红外光谱是通过样品受到红外光照射时,分子吸收不同的能量而产生振动能级的跃迁形成分子吸收光谱。红外光谱是分析未知化合物的一种重要工具,具体用于异物、失效分析、物证、药物、材料等分析研究,在异物分析领域特别是在微量物证分析中具有独特的优势,已成为首选的分析工具之一, 其作用不可替代。本文采用FTIR红外光谱分析技术,主要以三个比较典型的在电子产品组装应用中失效的案例为分析对象,研究其失效原因及失效机理,分析结果表明,绿漆on pad会导致PWB pad焊接不良;连接器端子pin表面有白胶会导致接触不良;耐磨片磨损附着在轴心会导致风扇异音,并提出对应的改善对策,预防后续生产中相关失效的重复发生,具有非常积极的现实意义。

【关键词】 FTIR、电子产品组装、失效、异物、成份                                                                                                                                                                                                             

作者: 尤文欢 中达电子(江苏)有限公司失效分析实验室

作者简介:尤文欢(女,1984- ),本科,高级工程师,主要从事PWB、PWBA、电阻、电容等失效分析以及异物与非金属材质分析。

1. 引言

电子产品在生产组装的过程中,由于各种各样的外来异物会导致产品组装或功能不良,影响电子产品可靠度以及效能,使产品报废或出货后引起客诉,因往往不知道异物成份和其产生的原因,造成大量的物力、人力浪费以及客户满意度下降。

通过引入傅里叶显微红外光谱仪(FTIR),可以提供化学键合与材料分子结构相关信息的分析设备。红外光谱是由分子振动或转动引起的,红外光谱的吸收峰分别对应于分子中某个或某些基团的振动或转动,因此红外光谱可以提供分子组成和成份。有机、无机及高分子等化合物都可用红外光谱进行检测,红外检测成为物质结构分析与鉴定的有效方法。计算机中有谱库,不管是购买还是自己建立的谱库,只要谱库中的光谱足够多,利用谱库检索技术,就可以知道未知物的名称。

显微红外光谱技术是将显微镜技术与红外光谱技术联用,整合了显微镜的微区观察功能和红外光谱的检测功能,对样品某一特定的微小区域进行红外光谱测试,测试可视化、灵敏度高、分辨率高、信噪比高、测量速度快[1]。显微红外测试前样品无需进行特殊处理,不需要添加任何稀释剂,光谱不受稀释剂影响显微红外光谱真实,是对异物分析鉴定的基本方法和重要手段,目前已在高分子材料、生物、医药化学、电子行业等领域得到广泛应用[2-3]

红外可通过吸收谱的位置、强度、峰形进行未知物结构组成鉴定[4],在未知化合物的结构鉴定的应用最为广泛。在电子产品组装中,显微红外光谱适用微量样品的鉴定,且鉴定结果充分可靠,有机化合物和多元素无机化合物都有其特征红外光谱。用红外光谱技术能鉴定产品上微量异物是何种物质,协助产品厂进行失效分析及相关研究,从而提供了失效原因与改善方向,为产品的质量提供了有力的保证工具。

2. 分析内容

2.1 PWB pad上有异物导致焊接不良    

某机种在过回焊炉后发现PWB pad拒焊,PWB表面处理OSP;不良率:6788DPPM;故需分析PWB pad焊接不良的原因。先用实体显微镜对不良焊点进行外观观察,PWBA pad部分表面无焊料,露出底材,PWB pad有拒焊现象,观察结果如图1所示。

对无焊料处的PWB pad表面进行FTIR-R分析,分析结果如图2所示,清洗前的PWB pad表面的红外谱图中含有锡膏助焊剂与绿漆的特征吸收峰;清洗后的PWB pad表面的红外谱图特征吸收峰与绿漆的红外谱图特征吸收峰相似,说明PWB pad在回焊时有印刷锡膏,PWB pad表面有绿漆导致其拒焊。

 

2.2 接触器pin表面有异物导致接触不良   

 

    某机种在T1站测试时发现端子DJ1接触不良,工程分析为端子DJ1 pin表面有脏污所致,故需分析端子DJ1 pin表面异物的成份。先用实体显微镜端子DJ1 pin进行外观观察,DJ1 pin表面有白色异物, DJ1 零件旁边的PWBA 表面有白胶(用于固定引线),观察结果如图3所示。  

 

对连接器DJ1 pin表面异物进行FTIR-T分析,分析结果如图4所示,DJ1 pin表面异物、白胶的红外谱图特征吸收峰相似,且与硅树脂的红外谱图特征吸收峰相似,说明DJ1 pin表面有硅树脂导致端子DJ1接触不良,其来源可能为PWBA使用的白胶。

2.3 风扇轴心有异物导致风扇异音

某风扇在客户端出现异音,客户品质服务人员发现风扇轴心表面有异物所致,不良率:1000DPPM;故需分析风扇轴心表面异物的成份。为确认异物的来源,选取产线风扇组装用的相关物(塑钢压头、剥油剂、AB胶、耐磨片、轴受油PSL-37、剥油剂管)进行比对分析。先用实体显微镜风扇轴心进行外观观察,风扇轴心表面有白色粉屑状异物,观察结果如图5所示。

对风扇轴心表面异物进行FTIR-T分析,分析结果如图6所示,轴心异物的红外谱图特征吸收峰与比对品(塑钢压头、剥油剂、AB胶、剥油剂管)的红外谱图特征吸收峰不同,含有耐磨片、轴受油PSL-37红外谱图的特征吸收峰,说明轴心异物的成份是耐磨片,其中轴受油PSL-37是轴心上正常会出现的轴承润滑油。

3. 综合讨论   

3.1 PWB pad焊接不良的失效机理与改善

PWBA pad部分表面无焊料,露出底材,PWB pad有拒焊现象,运用FTIR红外光谱分析技术,PWB pad表面的红外谱图特征吸收峰与绿漆的红外谱图特征吸收峰相似,PWB pad焊接不良的原因为PWB pad表面有绿漆存在导致其拒焊。后续调查生产线发现该批次的PWB属于过期板,PWB厂商将PWB pad的表面处理OSP重工后送回产线生产,PWB厂商也承认自己OSP重工不良导致绿漆on pad,绿漆会阻碍焊料与PWB铜基地接触,存在焊接可靠性不良,故将产线该批次PWB的全部进行退货更换,并赔偿产线延误工时。

3.2 接触器pin接触不良的失效机理与改善

接触器DJ1 pin表面有白色异物使其接触不良,运用FTIR红外光谱分析技术,DJ1 pin表面异物与周边固定用的白胶成份相似,DJ1 pin表面有白胶(硅树脂)导致端子DJ1接触不良。从生产线调查发现,不同批次均有类似的DJ1接触不良现象,分析表明,端子本身质量没有问题,基本都是用溶剂清洗DJ1 pin后恢复接触功能,且不良现象不会再次重现,因为该处有端子线,为固定端子线需要有点白胶的动作,而点胶是人工手动作业,存在不确定因素,后续产线为改善此种不良,更改作业员的点白胶的作业方法,点DJ1端子附近的白胶时,将DJ1端子处于保护罩下方以避免白胶接触端子pin,改变作业方法之后产线未发现类似不良。

3.3风扇异音的失效机理与改善

风扇轴心表面有白色粉屑状异物导致风扇在客户端出现异音,运用FTIR红外光谱分析技术,风扇轴心异物的成份是耐磨片磨损黏附在轴心所致,耐磨片在风扇运转中被轴心磨损,说明该轴心与耐磨片非正常接触,调查生产线发现风扇在组装时是人员手动把风扇扇叶组装入轴承,由于扇叶重且磁吸力大,轴心会撞击耐磨片产生磨损或变形,长时间运转后产生粉屑进而产生噪音;产线为避免此不良,采取了防呆措施,用治具(带弹簧缓冲)控制组装的深度,后续生产未发现类似不良现象。风扇组装改善前后图片如图7所示。


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