Tombstoning: Strategie per Prevenire i Difetti nell'Assemblaggio delle PCB

Mentre continuiamo la nostra serie sui difetti comuni nell'assemblaggio dei circuiti stampati e su come il design dei PCB può influenzare il processo di assemblaggio, approfondiamo il fenomeno del tombstoning. A volte i termini che usiamo nella produzione elettronica mi fanno sorridere. Sembra che potremmo avere un termine più tecnologico per il tombstoning, i morsi di topo, le orecchie di coniglio, ecc., ma devo ammettere che i termini non sono solo estremamente rappresentativi, ma sono anche memorabili.

Se non sei familiare con il termine, il “tombstoning” si verifica quando un'estremità di un componente montato in superficie si solleva dal pad durante il riflusso della saldatura, assumendo una posizione eretta che ricorda una lapide. Le cause comuni del tombstoning includono la deposizione irregolare della pasta saldante, variazioni nelle dimensioni dei pad, profili termici inconsistenti durante il riflusso e problemi di design del PCB come tracce di rame irregolari o copertura insufficiente della maschera di saldatura. Alcuni di questi possono essere influenzati dal design del PCB, altri sono il risultato del controllo del processo di assemblaggio.

Il tombstoning è un problema relativamente comune nell'assemblaggio dei circuiti stampati, in particolare nei processi di assemblaggio con tecnologia di montaggio superficiale (SMT). Sebbene la frequenza esatta degli eventi di tombstoning possa variare a seconda di fattori come i componenti specifici utilizzati, la complessità del design del PCB e la qualità dei processi di produzione, il tombstoning è considerato uno dei difetti più prevalenti riscontrati nel processo di assemblaggio dei PCB.

Sebbene i progressi nella tecnologia di produzione e le pratiche di design migliorate abbiano aiutato a ridurre l'incidenza del tombstoning negli anni, rimane una sfida che i progettisti e i produttori di PCB devono affrontare per garantire l'affidabilità e la funzionalità dei dispositivi elettronici. Nelle industrie dove sono richiesti standard di alta affidabilità, come l'automobilistico, l'aerospaziale e la produzione di dispositivi medici, si fanno sforzi per minimizzare l'occorrenza del tombstoning. L'obiettivo è eliminare la necessità di lavorazioni aggiuntive che sarebbero necessarie per eliminare il tombstoning.

Fattori che contribuiscono al Tombstoning

• Metodi di deposizione della pasta saldante, come la stampa della pasta saldante, devono essere verificati per assicurare una deposizione uniforme della pasta saldante sui pad.
• Copertura irregolare della maschera di saldatura: La maschera di saldatura funge da strato protettivo sul PCB, impedendo alla saldatura di fluire dove non dovrebbe durante il riflusso. Se i pad su un lato di un componente hanno una copertura della maschera di saldatura inferiore rispetto agli altri pad, il risultato potrebbe essere una saldatura irregolare e il tombstoning.
• Il design e la dimensione dei pad sul PCB giocano un ruolo cruciale nel prevenire il tombstoning. Se i pad sono troppo piccoli, troppo grandi o non corrispondenti su ciascun lato di un componente, ciò può portare a una saldatura irregolare. Ad esempio, pad più piccoli potrebbero non fornire abbastanza superficie per un'adeguata adesione della saldatura, mentre pad più grandi possono risultare in un eccesso di pasta saldante e squilibrio durante il riflusso.
  • Assicurarsi che le dimensioni dei pad siano appropriate per i componenti utilizzati, fornendo sufficiente superficie per l'adesione della saldatura senza eccessi.
  • Implementare geometrie dei pad adeguate, come angoli arrotondati o bordi smussati, per promuovere un flusso di saldatura consistente e minimizzare il rischio di ponticelli di saldatura o tombstoning.
  • Utilizzare pad di alleggerimento termico per componenti connessi a grandi piani di rame per mitigare gli squilibri termici durante il riflusso.
• Posizionamento accurato dei componenti: Un disallineamento durante il posizionamento può portare a un riscaldamento irregolare durante il riflusso, causando la saldatura di un'estremità del componente prima dell'altra.

Considerazioni sulla Maschera di Saldatura

Una copertura adeguata della maschera di saldatura è essenziale per prevenire ponticelli di saldatura e tombstoning. Le pratiche DFM raccomandano:

• Assicurare una copertura adeguata della maschera di saldatura intorno ai pad per impedire alla saldatura di fluire dove non dovrebbe durante il riflusso.
• Implementare l'espansione della maschera di saldatura per fornire una distanza aggiuntiva tra i pad e prevenire i ponticelli di saldatura.
• Eseguire revisioni del design per verificare la copertura della maschera di saldatura e apportare regolazioni secondo necessità per minimizzare il rischio di tombstoning.

Strategie di Alleggerimento Termico

Strategie efficaci di alleggerimento termico aiutano a gestire la distribuzione del calore durante la saldatura a riflusso, riducendo la probabilità di tombstoning. Le linee guida DFM suggeriscono:

• Utilizzare connessioni di alleggerimento termico per componenti connessi a grandi piani di rame per minimizzare i gradienti termici e prevenire il tombstoning.
• Ottimizzare il numero e il posizionamento delle connessioni di alleggerimento termico in base alle esigenze termiche del componente e al layout del PCB.

Strumenti di Analisi DFM

• Utilizzare strumenti di analisi DFM può aiutare a identificare problemi potenziali all'inizio del processo di design e prevenire il tombstoning. I progettisti possono:
  • Eseguire simulazioni termiche per valutare la distribuzione del calore attraverso il PCB e identificare aree a rischio di tombstoning.
  • Condurre controlli delle regole di design (DRC) e controlli di fabbricabilità per assicurare la conformità con le linee guida DFM e identificare potenziali rischi di tombstoning.

Con l'avanzare della miniaturizzazione dei componenti, i processi di assemblaggio SMT sono messi alla prova e si sta lavorando molto per affrontare gli aggiustamenti del processo necessari per gestire queste dimensioni delle caratteristiche più ridotte. Mantenere profili termici consistenti durante il reflow, inclusi le fasi di ramp-up, soak e cool-down, può aiutare a prevenire il tombstoning. È ragionevole supporre che durante questo processo, vedremo un aumento dei difetti comuni nell'assemblaggio dei circuiti stampati come il tombstoning. Sarà fondamentale lavorare con i vostri team di produzione per comprendere qualsiasi cambiamento nelle linee guida per la progettazione per la fabbricabilità.