Difetti comuni nell'assemblaggio delle PCB che dovresti conoscere

I progettisti di PCB sono gli architetti dietro la tecnologia che alimenta l'elettronica moderna, bilanciando una serie di requisiti, navigando in un layout complesso che è tanto arte quanto scienza.  Eppure, anche i circuiti stampati progettati con maggiore cura possono affrontare difetti durante la fabbricazione e l'assemblaggio dei PCB.  In questo blog esamineremo una panoramica dei difetti di assemblaggio più comuni, alcuni che il design dei PCB può influenzare e alcuni che sono specificamente legati al processo di assemblaggio stesso.  Poi analizzeremo in dettaglio un difetto specifico, la deformazione del PCB e dei componenti, e vedremo come il design dei PCB può influenzare questo difetto. Guardando ai futuri blog, esamineremo questi difetti da una prospettiva di fabbricabilità per aiutare a colmare il divario tra il design dei PCB e l'assemblaggio.

Difetti Comuni nell'Assemblaggio dei PCB

Cortocircuiti/Collegamenti di Saldatura: Questo difetto si verifica quando la saldatura collega due o più caratteristiche conduttive, causando connessioni elettriche non intenzionali. Ciò può avvenire tra pin adiacenti, pad o tracce di circuito.

Saldatura Insufficiente: Una saldatura inadeguata può portare a giunti di saldatura incompleti o deboli che a loro volta conducono a una connessione elettrica scadente. Ciò può presentarsi come una connessione intermittente o aperta.

Formazione di Sfere di Saldatura: Le sfere di saldatura sono piccoli depositi di saldatura non intenzionali che possono verificarsi durante la saldatura di rifusione a causa della fusione e del flusso incompleti della pasta di saldatura. Queste possono portare a cortocircuiti se si trovano in aree sensibili del PCB.

Le sfere di saldatura compaiono quando la pasta di saldatura diventa non omogenea o è conservata in modo non corretto. [Fonte Immagine: Utente John U, stackexchange.com]

Tombstoning: Questo si verifica quando un componente montato in superficie si alza su un'estremità a causa di un riflusso di saldatura sbilanciato, risultando in una connessione elettrica scadente. Questo difetto è spesso causato da differenze di temperatura durante la rifusione.

Pad Sollevati o Mancanti: I pad possono staccarsi durante l'assemblaggio risultando in componenti non funzionali.

Allineamento Errato dei Componenti: I componenti montati in superficie possono essere disallineati o inclinati durante il posizionamento portando a difetti nelle giunzioni di saldatura o connessioni aperte.

Giunzioni di Saldatura Fredde: Le giunzioni di saldatura fredde sono connessioni deboli e fragili che si verificano quando la saldatura non scorre correttamente durante la rifusione, spesso a causa di un calore insufficiente o di un'attivazione impropria del flusso.

Problemi di Saldatura BGA: I componenti Ball grid array (BGA) possono soffrire di difetti delle sfere di saldatura, connessioni aperte o vuoti di saldatura sotto un componente, che possono portare a problemi di connettività e affidabilità.

Inversione di Polarità dei Componenti: Errori nel posizionamento o nell'orientamento dei componenti possono portare a una polarità errata, risultando in una connessione a tensione inversa e potenziali danni.

Pasta Saldante in Eccesso: Applicare troppa pasta saldante durante la stampa con stencil può causare cortocircuiti da saldatura e altri difetti relativi alla saldatura.

Pasta Saldante Insufficiente: Una quantità insufficiente di pasta saldante può portare a connessioni di saldatura incomplete o deboli, specialmente per componenti a passo fine.

Filetti di Saldatura Insufficienti: Filetti di saldatura che non si formano adeguatamente attorno ai terminali o ai pad dei componenti risultando in connessioni deboli.

Residui di Palline di Saldatura: Palline di saldatura lasciate sulla superficie del PCB dopo il riflusso possono causare cortocircuiti e altri problemi.

Componenti Mancanti: Componenti non posizionati a causa di errori dell'attrezzatura o dell'operatore.

Componenti Deformati o Piegati: I componenti SMT possono deformarsi o piegarsi durante il riflusso, influenzando il loro posizionamento e la qualità delle giunzioni di saldatura.

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Un'elevata deformazione del PCB può risultare in una deformazione del pacchetto SMT. [Fonte dell'Immagine]

Deformazione, Mitigare il Rischio

I progettisti di PCB possono adottare diverse misure per ridurre al minimo la deformazione dei componenti e del PCB, che può contribuire a difetti come la formazione di palline di saldatura durante l'assemblaggio del PCB.  Ecco alcuni modi in cui il design del circuito stampato può influenzare e potenzialmente prevenire la deformazione:

Posizionamento dei componenti e impronta

• Selezionare con attenzione le posizioni e le orientazioni dei componenti per ridurre al minimo lo stress.  
• Evitare di posizionare componenti pesanti in aree sensibili.
• Utilizzare componenti con piedini piatti o coplanari, che tendono a esercitare meno stress sulla scheda.
• Progettare impronte dei componenti appropriate che accomodino l'espansione e la contrazione termica durante la saldatura.
• Assicurarsi che i pad dei componenti siano abbastanza grandi da fornire stabilità meccanica e resistenza delle giunzioni di saldatura.
• Per componenti pesanti o alti, considerare metodi di fissaggio meccanico aggiuntivi come viti o distanziatori per fornire stabilità e prevenire la deformazione.
• Mirare a un layout della scheda simmetrico, distribuendo componenti e caratteristiche uniformemente per prevenire lo stress in specifiche località.
• Se si utilizzano piani di rame, aggiungere collegamenti di sollievo termico per componenti con grandi collegamenti a terra o di alimentazione per prevenire la deformazione della scheda durante la saldatura di rifusione.

Struttura del PCB

• La struttura del PCB dovrebbe bilanciare la distribuzione del rame su entrambi i lati della scheda per ridurre al minimo la deformazione.
• Optare per strutture bilanciate con pesi di rame simmetrici e spessori dielettrici attraverso la struttura.
• Seleziona materiali per circuiti stampati che presentino una buona stabilità dimensionale e un basso coefficiente di espansione termica (CTE).
• Considera l'utilizzo di materiali progettati per applicazioni ad alta temperatura se il tuo progetto lo richiede.

Considerazioni Termiche

• Assicurati che i componenti che generano significativo calore dispongano di adeguate soluzioni per la gestione termica.  Dissipatori di calore, vie o piani di rame dedicati possono aiutare in questo.
• Distribuisci i componenti che generano calore uniformemente sulla scheda per evitare riscaldamenti localizzati e deformazioni.
• Evita di posizionare dissipatori di calore o connettori densamente popolati vicino al centro della PCB.  Questi possono esercitare forze disomogenee e contribuire alla deformazione.

Concluderò questo blog con un consiglio.  È importante interagire sia con la fabbricazione che con l'assemblaggio durante il processo di progettazione. Ci sono così tanti esempi di elementi semplici come il colore della maschera di saldatura che influenzano le rese, le quali a loro volta influenzano i prezzi e i tempi di consegna.  Far collaborare e comunicare progettazione, fabbricazione e assemblaggio durante tutto il processo di produzione porrà una progettazione nelle migliori condizioni per avere successo al primo tentativo.

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