二极管焊接加固工艺改进方法研究

1、    二极管焊接加固工艺改进方法研究    花文波王旭东杨彪摘 要：为研究接口模块复位异常导致系统无法启动故障，通过复位机理分析，建立复位二极管断裂故障树，分析故障原因并对分析结果进行试验和故障复现。结果表明：玻壳二极管电装过程中的点红胶工艺，在高低温交替过程中，因玻壳和红胶膨胀系数差异较大，红胶会对玻壳产生温度应力，最终导致玻壳断裂。改进的电装去红胶工艺，经多次高低温循环试验验证，改进措施有效。关键词：复位;fpga;工艺改进;故障树;异常：tp302：a1 绪论接口模块用于完成数据的采集、处理和计算等，是一种多应用模式、多种操作系统并存的统型模块1

2、-2。根据应用场景和功能要求、质量属性等，每类操作系统会根据当前特定需求、采用不同软件架构来实现3。随着操作系统种类多、规模大、软件重载，产品复位在系统中作用越来越大。复位就是系统初始化到一个确定的状态，稳定后撤销;或异常时使系统恢复正常工作4-5。接口模块在应用过程中因复位异常产生无法启动故障，建立失效器件故障树，对故障树各个分支进行分析，提出改进方法，试验验证改进措施有效，对提高航空接口模块产品可靠性，降低地面系统联试故障率、减少飞机在执行任务时报故有重大意义。2 接口模块复位机理接口模块复位电路如图1所示，复位芯片的前端输入信号由fpga和模块硬件复位信号的“与电路”提供，硬件复位经复位

3、芯片输出得到上电复位信号，输出至fpga，经逻辑控制输出至cpu以及其他芯片。接口模块加电工作时，产品无法正常启动，通过测量，发现fpga在逻辑加载之后，二极管done信号先高后低再高，低电平持续200ms，说明fpga加载完成后发出的复位信号正常，测量模块硬件复位信号为3.3v常高，说明无复位信号输入，fpga复位对应的二极管故障，导致内部复位信号无法传输，放大镜下观察二极管焊接情况，发现二极管表面有明显裂纹。3 二极管断裂故障树故障树在分析系统故障模式、查薄弱环节、指导故障维修等工作具有重要的参考价值6。自上而下寻找直接和间接原因，并进行分析计算。体现了研究问题的系统性、准确性和预测性7。

4、可能导致二极管断裂的故障树如图2所示。4 二极管故障分析4.1 元器件缺陷二极管送失效分析，分析结果：器件电特性正常。因此排除电应力影响，分析结论：在使用中引入异常机械应力，导致玻封体局部产生裂纹，在后续环境应力作用下，二极管玻封体断裂开路而失效。经厂家清查，该型号表贴二极管产品年供货约20万只。2014年1月起至今，其他使用单位未反馈二极管断裂故障。厂家对器件的生产过程进行清查，清查结果：在人、机、料、法、环、测等环节均合格。4.2 设计缺陷二极管焊接位置周边空余区域较大，并不与其他器件产生干涉。模拟功能振动，通过建模与仿真，二极管中心振动应力最大为2.1mpa。二极管采用玻璃材料封装，抗拉

5、极限为40mpa，最小安全系数19，满足功能振动环境要求。通过以上分析和仿真，排除设计缺陷导致二极管受外部机械应力产生断裂。4.3 运输过程缺陷产品入所后，所内对二极管按照电子元器件入所复检规范进行入所复检，对同批大于10支的数量抽取10支进行外观检查，检查采用目视或根据需要使用放大镜观察，包括引线、封装体，检查损伤、变形、裂缝、剥层、沟痕和空洞等缺陷。该型号二极管自使用以来在入所复检中未发生外观不合格情况。排除运输过程造成器件缺陷。4.4 筛选过程缺陷所内二次筛选按照电子元器件二次筛选规范进行，检验项目包括：外观初查、常温初测、温度循环、常温中测、高温反偏老炼、功率老炼、老炼后测试、外观复查

6、。通过清查二筛过程各项试验条件及操作规程等，未发现有可能对二极管产生损伤的隐患，因此排除筛选过程造成缺陷。4.5 焊接缺陷可能影響二极管器件断裂的因素包括人员、焊接工艺、焊接工具、焊接材料、人员操作、环境五方面因素。人员情况，通过对焊接工序人员核查，人员均持持证上岗，未发现违规操作现象。焊接工艺文件齐全，为现行有效工艺文件，同期产品电装均采用回流焊接工艺，由于2016年前的回流焊接热风不可精细控制，圆柱形器件在焊接后易产生偏移、掉器件等问题，按照焊接规范要求，二极管焊接时需通过红色贴片胶固定后再进行回流焊接。该点胶工艺属于电装基础工艺，可提高焊接可靠性，该工艺主要针对表贴电阻、电容、二极管等小

7、型表贴器件，是通用表面组装工艺方法，至今其他器件均未发生类似情况。2016年后新组建的回流设备可提高回流炉内热风稳定性，可保证表贴器件不经点胶固定，就能达到不偏移、掉落等缺陷，因此，2016年6月更改了新的工艺文件，删除了点胶工序。该产品已发生5起二极管断裂故障，均因二极管点红胶发生断裂，因此，点红胶是造成二极管出现应力断裂的原因。断裂二极管端口分析无三防漆，焊接设备均在检测有效期内，设备焊接条件、状态和检测记录正常，生产环境在标准要求的范围内，因此排除其影响。焊接过后的二极管均进行aoi自动光学检测和人工目检，清查检验记录和试验记录，产品合格。5 故障机理及验证试验查询红胶手册，手册中描述，

8、当25（室温）70时，红胶的膨胀系数为50k-1，在90150时，膨胀系数为160k-1。二极管的玻壳热膨胀系数为8.99.5k-1（30380范围），二者相差较大，热匹配失衡。二极管焊接前，管壳下方点有红胶，在后续使用或试验过程中伴随着温度交替变化（二极管正常工作温度范围：-55150）。因红胶与玻壳热膨胀系数相差较大，在温度交替过程中红胶会对玻壳产生较大应力，最终导致玻壳断裂。验证一：试验条件-55100，同批同筛器件进行150次温度循环，每50次循环观察产品状态，验证数量100只，结果工装1点胶失效1只，工装2不点胶失效0只。验证二：对厂家二极管进行四组试验，每组各100只二极管，试验条

9、件为：-55100，进行500次温度循环，每50次温循后观察器件状态，结果试验1点胶、三防工艺失效1只，试验2点胶失效2只，试验3不点胶失效0只，试验4加倍点胶量失效1只。验证结果：二极管点红胶后，在温度交替过程中因红胶与玻壳热膨胀系数相差较大，红胶对玻壳产生较大应力，最终导致玻壳断裂。6 改进措施针对以上故障原因，接口模块采用以下方法进行改进：（1）优化焊接工艺，对玻壳二极管焊接不再使用红色贴片胶固定二极管;（2）举一反三，清查已交付的二极管点红胶产品，对因故障返修的模块全部落实更改，也可在外场直接更改。7 结语某种接口模块在使用中出现因复位异常导致系统无法正常启动故障，通过复位机理分析，建

10、立复位二极管断裂故障树，对故障分支进行分析，确定二极管故障是因点红胶后，温度交替过程中，玻壳二极管和红胶因膨胀系数不同，红胶对玻壳产生较大应力，最终导致二极管玻壳断裂。通过机理分析和制定不同试验条件试验验证，二极管断裂故障均能复现，最后优化焊接工艺，去除玻壳二极管点胶工艺，同时对其他产品举一反三，改进方法经验证有效，能够预防和避免同类故障重复发生，提高了产品可靠性，降低维修成本和试验费用，在工程应用中能够起到重要的指导意义。参考文献：1陈云，陈恩耀，刘国斌，左丽丽，刘伟.fpga中关于复位的设计和研究j.数字技术与应用，2018，36（3）：182-184.2司焕丽，胡杨川.一种适用于soc的时钟复位管理电路设计j.通信技术，2013，46（12）：104-106.3孙国志，宁寧，张弛.一种片上系统复位电路的设计j.电子技术应用，2012，38（12）：32-35.4任思伟，唐代飞，祝晓笑，刘昌举，刘戈扬，翟江皞.基于片上系统的时钟复位设计j.半导体光电，2017，38（2）：293-298.5王迷迷，王斌，操凤萍，郑英.实时在线嵌入式系统复位设