PFMEA方法在印制板組合裝配中的應用研究

任玲

（沈陽航天新樂有限責任公司，遼寧沈陽，110034）

0 引言

PFMEA方法又稱為Process Failure Mode and Effects Analysis。在實際應用過程中，擔任印制板組合裝配的人員，可以采用PFMEA方法，以制程失效模型構建的方式，對印制板組合裝配過程中各種潛在風險進行失效分析，結合不同風險影響程度及其產生機理的分析，可為印制板組合裝配效果的提升提供依據。因此，對PFMEA方法在印制板組合裝配中的應用進行適當分析具有非常重要的意義。

1 PFMEA方法在印制板組合中的應用原理

PFMEA方法在實際應用中主要包括確定與印制板組合裝配過程潛在模式及起因、失效對印制板組合裝配質量潛在影響評價、尋找減少失效發生、或者尋找減少失效條件的過程控制變量[1]。同時制定印制板組合裝配中風險糾正方案，結合潛在失效模式分級表的驗證，可在優化控制嚴重失效模式的基礎上，依據控制實際失效發生因素，結合印制板組合裝配情況及印制板組合糾正控制要點，以每一個潛在失效控制節點為入手點，在一定范圍內，明確相應失效模型影響因素及影響程度，進而了解印制板組合裝配失效過程及最高風險等級，從而為針對性管控方案的制定提供依據。以場效應管為例，其主要失效原因為焊接不當、零件裝配錯誤、助焊劑失活等，根據具體失效原因，可利用PFMEA方法，結合現行控制方法，如SPC技術等，依據具體風險嚴重程度制定合理的措施，并對措施實施后失效因素變化情況進行適當分析。

2 PFMEA方法在印制板組合裝配中的應用

2.1 PFMEA方法在通孔插裝元器件組裝配中的失效模式

通孔插裝元器件裝配方法主要是針對電容器、電阻器、二極管、場效應管、三極管等電子元器件的裝配方法。其可以利用元器件的引腳，將元器件插入印刷電路板上已有的孔中，隨后通過手工裝配方式，對電容器、電阻器、二極管、等電子元器件實施軟釬焊。通孔插裝元器件裝配主要依據手工焊接要點，在元器件插裝的基礎上，通過助焊劑預先涂抹、溫度預先加熱、焊接冷卻得到所需元件。在通孔插裝元器件組裝過程中，常見的PFMEA方法失效模式主要由空洞、橋連、虛焊、焊點拉尖等模塊[2]。其中空洞又可稱為氣泡，其主要為電子元器件引腳、焊盤之間出現空洞情況。在上述問題發生之后，引線根部位置還會出現噴火形式的焊料突出，其內部具有氣泡，不僅會影響印制板組合焊接強度，而且會導致脫焊現象的發生；橋連主要為焊點間連接情況，其極易導致電氣短路問題發生；虛焊主要是由于焊錫、元器件引線、銅箔間具有突出的深色界限，且焊錫呈界限內凹陷狀態。這種現象主要是由于焊錫、基體金屬截面間沒有合金層，其由于焊點機械強度不足，導致整體電路板短路風險較大；焊點拉尖主要是焊點表層由于沒有完全浸潤成球，從而出現拉尖狀態。焊點拉尖不僅會影響印制板組合外部觀感，而且會導致電路板污染、虛焊等問題的發生。

圖1 通孔裝配元器件在印制板組合中的應用

2.2 PFMEA方法在通孔插裝元器件中的影響分析

PFMEA方法失效模式檢測主要采用風險級RpN對嚴重度、頻度、檢測難度進行分析。

首先，空洞失效模式影響分析，上述失效模式發生的原因主要由PCB孔內濕度過大、元器件引線直徑與插裝孔內比例不當、助焊劑活動不足、焊盤局部清潔程度不足、通孔周邊老化等；嚴重程度為7級；上述失效原因PFMEA檢測頻度分別為現3/2/6/2/0，檢測難度分別為9/8/3/2/2；風險等級分別為188/113/85/28/27；其中PCB孔內空氣濕度過大為高風險等級，現行可用控制措施除改善存儲條件之外，還可以在裝配前進行干燥措施。在這個基礎上，可合理調整印制板孔徑大小，結合助焊劑的更換及焊盤、氧化層的清理，可有效控制空洞風險[3]。

其次，對于橋連失效模式而言，橋連失效模式嚴重程度為4，其主要失效原因為設計不合理或焊盤間距不當，頻度為8，檢測難度為8，風險級為359，由于該失效原因為高風險級，因此可依據PCB具體特點，進行相鄰焊盤距離的合理調整；元器件引腳不規范、或者元器件引腳插裝歪斜等，這一失效原因頻度為5，檢測難度為3，風險級為45。在實際印制板組合裝配過程中，可以依據板孔徑裝置要求進行插裝元器件引腳的合理調整；助焊劑活性不足、焊接溫度不到位或傳送帶速度過快檢測頻度為2，檢測難度為3，風險級為30?？赏ㄟ^更換助焊劑、調節焊接溫度或者傳送帶速度進行合理控制。

再次，針對嚴重度為8的虛焊失效模式，其主要失效原因為元器件引線氧化層潤濕度不足、PCB表面預處理不當、助焊劑活性不足、焊錫流動性差等，上述失效原因PFMEA檢測頻度分別為8/5/6/2，檢測難度分別為9/8/5/2；風險等級分別為512/198/185/42；對于上述失效因素，可以通過是氧化現象，并在焊接前期進行清潔措施，必要情況下可更換助焊劑、焊錫。

最后，針對嚴重度為5的焊點拉尖失效模式，其主要失效原因除高風險級“焊接溫度不當”這一因素之外，還包括預先加熱溫度不足、焊料清潔程度不足、元器件引腳長度過長等因素。上述失效原因PFMEA檢測頻度分別為8/5/1/1，檢測難度分別為9/3/9/8；風險等級分別為360/78/48/30。在實際焊接階段，除調整焊接溫度及預先加熱溫度參數之外，還需要控制元器件引腳露出板面高度在1.0-2.0mm以內。

圖2 印制板組合裝配

3 印制板組合裝配控制方案實施后效果驗證

由于PFMEA方法并不是單一循環的分析方式，而是不斷優化完善的過程。因此，為了了解PFMEA方法應用效果，本次試驗主要包括PFMEA方法信息考察、風險試驗、效果分析3個模塊。其中在PFMEA方法收集階段，主要采用了北京大學、河南大學圖書資料及萬方數據庫、中國知網數據庫關于印制板組合裝配失效信息，并對整體資料進行了概括匯總。在這個基礎上，與相關專業研究人員對PFMEA方法失效影響因素進行了探究，明確了整體印制板組合PFMEA方法失效分析的潛在因素。經過進一步計算，可得出失效嚴重程度得到有效的下降，實現了印制板組合裝配的良性循環。

4 總結

在印制板組合裝配過程中，因裝配維修導致的組件疲勞實效占總疲勞實效參數的50%以上。因此，在實際印制板組合裝配過程中，為了保證電子元件裝配的穩定性，印制板組合裝配管理人員可利用PFMEA方法對電阻、電容、運算放大器、二極管等電子元件裝配階段失效因素產生機理進行分析，并針對高風險失效因素以事前預防的方式進行強化預防管制，從而保證印制板電子元件裝配質量。