AI元器件装配的可靠性研究及应用

李帅　张秀凤　项永金　濮学蕊　刘邓飞

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设备插装已经普遍使用在电子厂中。因此研究AI元器件装配的可靠性，避免AI设备插装后出现坍塌现象是目前急需解决的问题。本文以家电用控制器主板AI元器件插装为例，阐述AI元器件使用设备插装出现坍塌的解决方案，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;坍塌

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IA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。

1.2 A厂家与B厂家引脚成型对比分析

1.2.1 A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0.91 mm，两厂家引脚成型弧度切值最大距离差别不大，如图4。

1.2.2 A厂家引脚成型X轴距离为2.04 mm，Y轴距离为3.03 mm;B厂家引脚成型X轴距离为1.78 mm，Y轴距离为1.88 mm。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1.15 mm，见图5。

1.2.3 A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。

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

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 A1元器件装配可靠性提升方案

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。

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1.80 mm，该距离为孔径的1.5倍以上（孔径图纸中孔径为1.2 mm）。

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0.5 mm，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。

整体可靠性提升方案结构如图9。

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現象，需对引脚成型结构调整即可。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。

4 A1元器件装配改善意义

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]周吴，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.