Tombstoning: Estratégias para Prevenir Defeitos na Montagem de PCBs

À medida que continuamos nossa série sobre defeitos comuns na montagem de placas de circuito impresso e como o design de PCB pode influenciar o processo de montagem, vamos olhar um pouco mais a fundo para o tombstoning. Às vezes, os termos que usamos na fabricação de eletrônicos me fazem rir. Parece que poderíamos ter um termo mais high-tech para tombstoning, mordidas de mouse, orelhas de coelho, etc., mas tenho que admitir que os termos não são apenas extremamente representativos, mas também memoráveis.

Se você não está familiarizado com o termo, “tombstoning” ocorre quando uma extremidade de um componente de montagem superficial se levanta do pad durante o refusão de solda, resultando em uma posição ereta que lembra uma lápide. Causas comuns de tombstoning incluem deposição irregular de pasta de solda, variações nos tamanhos dos pads, perfis térmicos inconsistentes durante a refusão e problemas de design de PCB, como trilhas de cobre irregulares ou cobertura insuficiente de máscara de solda. Alguns desses podem ser influenciados pelo design de PCB, outros são resultado do controle do processo de montagem.

O tombstoning é um problema relativamente comum na montagem de placas de circuito impresso, particularmente nos processos de montagem de tecnologia de montagem superficial (SMT). Embora a frequência exata de ocorrências de tombstoning possa variar dependendo de fatores como os componentes específicos sendo usados, a complexidade do design de PCB e a qualidade dos processos de fabricação, o tombstoning é considerado um dos defeitos mais prevalentes encontrados no processo de montagem de PCB.

Embora avanços na tecnologia de fabricação e práticas de design melhoradas tenham ajudado a reduzir a incidência de tombstoning ao longo dos anos, ele permanece um desafio que designers de PCB e fabricantes devem abordar para garantir a confiabilidade e funcionalidade dos dispositivos eletrônicos. Em indústrias onde padrões de alta confiabilidade são exigidos, como automotivo, aeroespacial e fabricação de dispositivos médicos, esforços são feitos para minimizar a ocorrência de tombstoning. O objetivo é eliminar a necessidade de retrabalho que seria necessário para eliminar o tombstoning.

Fatores Contribuintes para o Tombstoning

• Métodos de deposição de pasta de solda, como a impressão de pasta de solda, devem ser verificados para garantir a deposição uniforme de pasta de solda nos pads.
• Cobertura irregular de máscara de solda: A máscara de solda serve como uma camada protetora na PCB, impedindo que a solda flua onde não deve durante o reflow. Se os pads de um lado de um componente tiverem menos cobertura de máscara de solda do que os outros pads, o resultado pode ser uma soldagem irregular e tombstoning.
• O design e tamanho dos pads na PCB desempenham um papel crucial na prevenção do tombstoning. Se os pads forem muito pequenos, muito grandes ou incompatíveis em cada lado de um componente, isso pode levar a uma soldagem irregular. Por exemplo, pads menores podem não fornecer área de superfície suficiente para uma aderência adequada da solda, enquanto pads maiores podem resultar em excesso de pasta de solda e desequilíbrio durante o reflow.
  • Garantir que os tamanhos dos pads sejam apropriados para os componentes utilizados, fornecendo área de superfície suficiente para aderência da solda sem excesso.
  • Implementar geometrias de pad adequadas, como cantos arredondados ou bordas chanfradas, para promover um fluxo de solda consistente e minimizar o risco de pontes de solda ou tombstoning.
  • Usar pads de alívio térmico para componentes conectados a grandes planos de cobre para mitigar desequilíbrios térmicos durante o reflow.
• Colocação precisa de componentes: O desalinhamento durante a colocação pode levar a um aquecimento irregular durante o reflow, fazendo com que uma extremidade do componente seja soldada antes da outra.

Considerações sobre Máscara de Solda

Uma cobertura adequada de máscara de solda é essencial para prevenir pontes de solda e tombstoning. Práticas de DFM recomendam:

• Garantir cobertura adequada de máscara de solda ao redor dos pads para impedir que a solda flua onde não deve durante o reflow.
• Implementar expansão de máscara de solda para fornecer folga adicional entre os pads e evitar pontes de solda.
• Realizar revisões de design para verificar a cobertura de máscara de solda e fazer ajustes conforme necessário para minimizar o risco de tombstoning.

Estratégias de Alívio Térmico

Estratégias eficazes de alívio térmico ajudam a gerenciar a distribuição de calor durante a soldagem por reflow, reduzindo a probabilidade de tombstoning. Diretrizes de DFM sugerem:

• Usar conexões de alívio térmico para componentes conectados a grandes planos de cobre para minimizar gradientes térmicos e prevenir tombstoning.
• Otimizar o número e a colocação de conexões de alívio térmico com base nas necessidades térmicas do componente e no layout da PCB.

Ferramentas de Análise DFM

• Utilizar ferramentas de análise DFM pode ajudar a identificar problemas potenciais no início do processo de design e prevenir tombstoning. Designers podem:
  • Realizar simulações térmicas para avaliar a distribuição de calor através da PCB e identificar áreas propensas ao tombstoning.
  • Conduzir verificações de regras de design (DRCs) e verificações de fabricabilidade para garantir conformidade com as diretrizes de DFM e identificar riscos potenciais de tombstoning.

À medida que a miniaturização de componentes avança, os processos de montagem SMT estão sendo exigidos e muito trabalho está sendo feito para abordar os ajustes de processo necessários para lidar com esses tamanhos de características mais apertados. Manter perfis térmicos consistentes durante o refluxo, incluindo as etapas de aquecimento, estabilização e resfriamento, pode ajudar a prevenir o tombstoning. É uma suposição justa que, durante esse processo, veremos um aumento nos defeitos comuns de montagem de placas de circuito impresso, como o tombstoning. Será crítico trabalhar com suas equipes de fabricação para entender quaisquer mudanças nas diretrizes de design para fabricabilidade.