Tombstoning: Estrategias para Prevenir Defectos en el Ensamblaje de PCBs

A medida que continuamos nuestra serie sobre defectos comunes en el ensamblaje de placas de circuito impreso y cómo el diseño de PCB puede influir en el proceso de ensamblaje, profundicemos un poco en el fenómeno del "tombstoning". A veces, los términos que usamos en la fabricación de electrónicos me hacen reír. Parece que podríamos tener un término más tecnológico para el tombstoning, mordeduras de ratón, orejas de conejo, etc., pero tengo que admitir que los términos no solo son extremadamente representativos, sino que también son memorables.

Si no estás familiarizado con el término, el “tombstoning” ocurre cuando un extremo de un componente de montaje superficial se levanta del pad durante el reflujo de soldadura, resultando en una posición erguida que se asemeja a una lápida. Las causas comunes del tombstoning incluyen la deposición desigual de pasta de soldadura, variaciones en los tamaños de los pads, perfiles térmicos inconsistentes durante el reflujo y problemas de diseño de PCB como trazas de cobre desiguales o cobertura insuficiente de máscara de soldadura. Algunos de estos pueden ser influenciados por el diseño de PCB, otros son el resultado del control del proceso de ensamblaje.

El tombstoning es un problema relativamente común en el ensamblaje de placas de circuito impreso, particularmente en los procesos de ensamblaje de tecnología de montaje superficial (SMT). Aunque la frecuencia exacta de ocurrencias de tombstoning puede variar dependiendo de factores como los componentes específicos que se utilizan, la complejidad del diseño de PCB y la calidad de los procesos de fabricación, el tombstoning se considera uno de los defectos más prevalentes encontrados en el proceso de ensamblaje de PCB.

Aunque los avances en la tecnología de fabricación y las prácticas de diseño mejoradas han ayudado a reducir la incidencia de tombstoning a lo largo de los años, sigue siendo un desafío que los diseñadores y fabricantes de PCB deben abordar para asegurar la fiabilidad y funcionalidad de los dispositivos electrónicos. En industrias donde se requieren estándares de alta fiabilidad, como la automotriz, aeroespacial y fabricación de dispositivos médicos, se realizan esfuerzos para minimizar la ocurrencia de tombstoning. El objetivo es eliminar la necesidad de retrabajo que sería necesario para eliminar el tombstoning.

Factores que contribuyen al Tombstoning

• Métodos de deposición de pasta de soldar, como la impresión de pasta de soldar, deben ser verificados para asegurar una deposición uniforme de pasta de soldar en los pads.
• Cobertura irregular de la máscara de soldadura: La máscara de soldadura actúa como una capa protectora en el PCB, previniendo que la soldadura fluya donde no debe durante el reflujo. Si los pads en un lado de un componente tienen menos cobertura de máscara de soldadura que los otros pads, el resultado podría ser una soldadura desigual y el efecto de tombstoning.
• El diseño y tamaño de los pads en el PCB juegan un papel crucial en prevenir el tombstoning. Si los pads son demasiado pequeños, demasiado grandes o no coinciden en cada lado de un componente, puede llevar a una soldadura desigual. Por ejemplo, pads más pequeños pueden no proporcionar suficiente área de superficie para una adecuada adherencia de la soldadura, mientras que pads más grandes pueden resultar en exceso de pasta de soldar y desequilibrio durante el reflujo.
  • Asegurar que los tamaños de los pads sean apropiados para los componentes que se están utilizando, proporcionando suficiente área de superficie para la adherencia de la soldadura sin excesos.
  • Implementar geometrías de pad adecuadas, como esquinas redondeadas o bordes biselados, para promover un flujo de soldadura consistente y minimizar el riesgo de puentes de soldadura o tombstoning.
  • Usar pads de alivio térmico para componentes conectados a grandes planos de cobre para mitigar desequilibrios térmicos durante el reflujo.
• Colocación precisa de componentes: El desalineamiento durante la colocación puede llevar a un calentamiento desigual durante el reflujo, causando que un extremo del componente se suelde antes que el otro.

Consideraciones de la Máscara de Soldadura

Una cobertura adecuada de la máscara de soldadura es esencial para prevenir puentes de soldadura y tombstoning. Las prácticas de DFM recomiendan:

• Asegurar una cobertura adecuada de la máscara de soldadura alrededor de los pads para prevenir que la soldadura fluya donde no debe durante el reflujo.
• Implementar expansión de la máscara de soldadura para proporcionar un espacio adicional entre los pads y prevenir puentes de soldadura.
• Realizar revisiones de diseño para verificar la cobertura de la máscara de soldadura y hacer ajustes según sea necesario para minimizar el riesgo de tombstoning.

Estrategias de Alivio Térmico

Estrategias efectivas de alivio térmico ayudan a gestionar la distribución del calor durante el soldado por reflujo, reduciendo la probabilidad de tombstoning. Las guías de DFM sugieren:

• Usar conexiones de alivio térmico para componentes conectados a grandes planos de cobre para minimizar gradientes térmicos y prevenir el tombstoning.
• Optimizar el número y la colocación de conexiones de alivio térmico basándose en los requisitos térmicos del componente y la disposición del PCB.

Herramientas de Análisis DFM

• Utilizar herramientas de análisis DFM puede ayudar a identificar problemas potenciales temprano en el proceso de diseño y prevenir el tombstoning. Los diseñadores pueden:
  • Realizar simulaciones térmicas para evaluar la distribución del calor a través del PCB e identificar áreas propensas al tombstoning.
  • Conducir revisiones de reglas de diseño (DRCs) y verificaciones de fabricabilidad para asegurar el cumplimiento con las guías de DFM e identificar riesgos potenciales de tombstoning.

A medida que avanza la miniaturización de componentes, los procesos de ensamblaje SMT están siendo exigidos y se está trabajando mucho para abordar los ajustes de proceso necesarios para manejar estos tamaños de características más ajustados. Mantener perfiles térmicos consistentes durante el reflujo, incluyendo las etapas de aumento de temperatura, remojo y enfriamiento, puede ayudar a prevenir el tombstoning. Es una suposición justa que durante este proceso, veremos un aumento en los defectos comunes de ensamblaje de placas de circuito impreso como el tombstoning. Será crítico trabajar con sus equipos de fabricación para entender cualquier cambio en las directrices de diseño para la fabricabilidad.