矩形引脚电解电容PCB板焊接提升的可靠性研究及应用

0   引言

焊接是控制器主板连接不同器件的纽带，将不同功能的元器件通过焊接有序连接起来，以实现主板逻辑功能^[1]。电解电容对空调供电电源质量、保护电路免受过电压击穿有不可或缺的作用，是维护电路稳定工作的基石。其对工作在强电电路部分的高压电解电容的重要性更加突出，若焊接失效将直接导致整个控制器电路失效。本文从器件结构、设计匹配、失效因素等方面进行分析，整改方案可以为同类型焊接失效分析整改提供借鉴和参考。

1   事件背景

空调控制器引入使用X、Y 厂家不同型号的高压电解电容，在实际生产中反馈焊接可靠性表现并不是很好，生产过程中电解电容与PCB 板焊接存在不良现象，严重影响过程质量管控及售后质量。客户安装空调后长期使用存在电解电容失效现象，导致整机运行出现失效问题。该焊接异常PCB 板型号不集中、电解电容型号不集中、电解电容引脚焊接不良位置分散，问题急需解决。

图1 电解电容型号1焊接

2   焊接失效原因及失效机理分析

2.1 对焊接异常现象核实，两个厂家电解电容焊接异常（图1、图2），X 厂家电解电容焊接失效位置全部集中在负极通孔，Y 厂家电解电容焊接位置不集中，正极与负极都存在焊接不良现象，且焊接不良分布比例均匀。

图2 电解电容型号2焊接

2.2 对X、Y 厂家电解电容焊接通孔不良异常品进行手工加锡验证，加锡后，焊接外观符合要求。

2.3 线体波峰焊参数

核实波峰焊焊接焊接参数各项参数都符合要求，重点对线体链速、波峰、角度进行调整（如图3），电解电容焊接异常故障率明显减少 [2-3]。

1）链速由1 300 mm/min 调整为1 200 mm/min；

2）波峰2 由13.7 Hz 调整为14.3 Hz；

3）调整波峰焊接链条角度；

4）调整助焊剂剂量。

图3 波峰焊焊接参数

通过调整波峰焊设备相关参数，焊接效果改善明显，说明波峰焊设备参数调整对焊接改善有关键作用，但不能彻底杜绝。

2.4 物料可靠性分析

2.4.1 电解电容核实

1）焊接异常涉及的两种型号电解电容分别为X 厂家电解电容型号1 及Y 厂家电解电容型号2，符合图纸要求，具体如图4、图5 所示。

图4 X厂家电解电容结构

图5 Y厂家电解电容结构

2）测试电解电容端子尺寸与图纸一致，具体如表2所示。

2.4.2 PCB板核实

焊接异常涉及的两种型号PCB 板分别为A 厂家PCB 板型号1，BCD 厂家PCB 板型号2，结构存在不一致现象，具体如图6 所示。

图6 PCB板型号1（左为正面，右为反面）

图7 PCB板型号2（左为正面，右为反面）

同样插装矩形引脚电解电容的不同型号PCB 板结构上存在差异，PCB 板型号2 有聚热环、有排气孔设计，PCB 型号1 无聚热环，有排气孔设计。

3   设计可靠性分析

对使用矩形引脚电解电容插装的PCB 板进行封装优化完善，设计聚热环，中间增加排气孔及一定的矩形匹配处理，具体如图8 所示。

图8 PCB板矩形引脚封装标准

焊盘形状可以根据电解电容引脚矩形结构在焊盘中间切开拉长匹配设计，如图9 所示，根据电解电容矩形引脚相应拉长L。

图9 焊盘形状结构

4   整改效果验证

4.1 E 厂家使用封装优化后的PCB 板实物如图10所示，聚热环、中间增加排气孔及一定油墨矩形匹配处理。

 
图10 PCB板型号3

4.2 E 厂家PCB 板型号3 插装Y 厂家电解电容型号2 使用数据如图11 所示，对应电解电容与PCB 板焊接不良比率下降明显。

图11 X、Y厂家电解电容与不同厂家PCB焊接不良比例

5   焊接失效整改总结及意义

通过对不同厂家PCB 板、电解电容产品单体结构分析，并从焊接失效机理、失效因素、结构可靠性等多方面进行核实，对改善后产品单体结构可靠性对比论证，发现需从器件本身进行整改。改善后进行对比分析，整改后效果明显。结构优化对提升PCB 板焊接可靠性有良好作用。

焊接异常是多方面因素，生产设备对焊接质量因素同样重要。此次整改表明，PCB 板引入开发时需对设计矩形引脚电解电容位置的封装可靠性进行详细有效的测试评估，以提高产品的结构可靠性，提升PCB 板焊接的一次通过率。

参考文献：

[1] 王炜.印制电路板(PCB)板件焊接工艺流程[J].东方电气评论,2014(1):74-80.

[2] 牛永宝,刘佳,李斌.波峰焊焊接质量问题研究[J].科技创新与应用,2014(26):16.

[3] 吕文锋,王海军.浅谈TPM在选择性波峰焊设备管理中的应用[J].中国设备工程,2018(22):24-25.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年7月期）