Tombstoning : Stratégies pour prévenir les défauts d'assemblage de PCB

Alors que nous poursuivons notre série sur les défauts courants de montage des cartes de circuits imprimés et comment la conception de PCB peut influencer le processus d'assemblage, examinons de plus près le phénomène de tombstoning. Parfois, les termes que nous utilisons dans la fabrication électronique me font sourire. On pourrait penser que nous aurions des termes plus high-tech pour désigner le tombstoning, les morsures de souris, les oreilles de lapin, etc., mais je dois admettre que les termes sont non seulement extrêmement représentatifs, mais ils sont également mémorables.

Si vous n'êtes pas familier avec le terme, le « tombstoning » se produit lorsqu'une extrémité d'un composant monté en surface se soulève de la pastille pendant la refusion de la soudure, résultant en une position verticale ressemblant à une pierre tombale. Les causes courantes du tombstoning incluent le dépôt inégal de pâte à souder, les variations de tailles de pastilles, les profils thermiques inconsistants pendant la refusion, et les problèmes de conception de PCB tels que les traces de cuivre inégales ou une couverture insuffisante de masque de soudure. Certains de ces problèmes peuvent être influencés par la conception de PCB, d'autres sont le résultat du contrôle du processus d'assemblage.

Le tombstoning est un problème relativement courant dans l'assemblage des cartes de circuits imprimés, en particulier dans les processus d'assemblage de la technologie de montage en surface (SMT). Bien que la fréquence exacte des occurrences de tombstoning puisse varier en fonction de facteurs tels que les composants spécifiques utilisés, la complexité de la conception du PCB et la qualité des processus de fabrication, le tombstoning est considéré comme l'un des défauts les plus prévalents rencontrés dans le processus d'assemblage de PCB.

Bien que les avancées dans la technologie de fabrication et les pratiques de conception améliorées aient aidé à réduire l'incidence du tombstoning au fil des ans, cela reste un défi que les concepteurs et fabricants de PCB doivent relever pour assurer la fiabilité et la fonctionnalité des dispositifs électroniques. Dans les industries où des normes de haute fiabilité sont requises, telles que l'automobile, l'aérospatiale et la fabrication de dispositifs médicaux, des efforts sont faits pour minimiser l'occurrence du tombstoning. L'objectif est d'éliminer le besoin de retravail qui serait nécessaire pour éliminer le tombstoning.

Facteurs contribuant au tombstoning

• Méthodes de dépôt de pâte à braser, telles que l'impression de pâte à braser, doivent être vérifiées pour assurer un dépôt uniforme de pâte à braser sur les pastilles.
• Couverture irrégulière du masque de soudure : Le masque de soudure sert de couche protectrice sur le PCB, empêchant la soudure de couler où elle ne le devrait pas pendant le refusion. Si les pastilles d'un côté d'un composant ont moins de couverture de masque de soudure que les autres pastilles, le résultat pourrait être une soudure inégale et du tombstoning.
• Le design et la taille des pastilles sur le PCB jouent un rôle crucial dans la prévention du tombstoning. Si les pastilles sont trop petites, trop grandes ou non assorties de chaque côté d'un composant, cela peut conduire à une soudure inégale. Par exemple, des pastilles plus petites peuvent ne pas fournir assez de surface pour une adhésion correcte de la soudure, tandis que des pastilles plus grandes peuvent entraîner un excès de pâte à braser et un déséquilibre pendant la refusion.
  • Assurez-vous que les tailles de pastilles sont appropriées pour les composants utilisés, fournissant une surface suffisante pour l'adhésion de la soudure sans excès.
  • Implémentez des géométries de pastilles appropriées, telles que des coins arrondis ou des bords chanfreinés, pour promouvoir un écoulement constant de la soudure et minimiser le risque de pontage de soudure ou de tombstoning.
  • Utilisez des pastilles de soulagement thermique pour les composants connectés à de grandes plans de cuivre afin de atténuer les déséquilibres thermiques pendant la refusion.
• Placement précis des composants : Un mauvais alignement lors du placement peut conduire à un chauffage inégal pendant la refusion, provoquant la soudure d'une extrémité du composant avant l'autre.

Considérations sur le masque de soudure

Une couverture adéquate du masque de soudure est essentielle pour prévenir le pontage de soudure et le tombstoning. Les pratiques de DFM recommandent :

• Assurer une couverture suffisante du masque de soudure autour des pastilles pour empêcher la soudure de couler où elle ne le devrait pas pendant la refusion.
• Mettre en œuvre une expansion du masque de soudure pour fournir un dégagement supplémentaire entre les pastilles et prévenir le pontage de soudure.
• Effectuer des revues de conception pour vérifier la couverture du masque de soudure et faire les ajustements nécessaires pour minimiser le risque de tombstoning.

Stratégies de soulagement thermique

Des stratégies efficaces de soulagement thermique aident à gérer la distribution de la chaleur pendant la soudure par refusion, réduisant la probabilité de tombstoning. Les directives de DFM suggèrent :

• Utiliser des connexions de soulagement thermique pour les composants connectés à de grands plans de cuivre afin de minimiser les gradients thermiques et prévenir le tombstoning.
• Optimiser le nombre et le placement des connexions de soulagement thermique en fonction des exigences thermiques du composant et de la disposition du PCB.

Outils d'analyse DFM

• L'utilisation d'outils d'analyse DFM peut aider à identifier les problèmes potentiels dès le début du processus de conception et prévenir le tombstoning. Les concepteurs peuvent :
  • Effectuer des simulations thermiques pour évaluer la distribution de la chaleur à travers le PCB et identifier les zones susceptibles de tombstoning.
  • Conduire des vérifications des règles de conception (DRCs) et des vérifications de la faisabilité de fabrication pour assurer la conformité avec les directives DFM et identifier les risques potentiels de tombstoning.

À mesure que la miniaturisation des composants progresse, les processus d'assemblage SMT sont mis à rude épreuve et de nombreux travaux sont réalisés pour aborder les ajustements de processus nécessaires pour répondre à ces tailles de caractéristiques plus serrées. Maintenir des profils thermiques constants pendant le refusion, y compris les étapes de montée en température, de trempage et de refroidissement, peut aider à prévenir le tombstoning. Il est juste de supposer que, durant ce processus, nous verrons une augmentation des défauts courants d'assemblage de cartes de circuits imprimés tels que le tombstoning. Il sera crucial de travailler avec vos équipes de fabrication pour comprendre les changements dans les directives de conception pour la fabricabilité.