Распространенные дефекты сборки печатных плат, которые вам следует знать

Дизайнеры печатных плат являются архитекторами технологий, которые питают нашу современную электронику, уравновешивая множество требований и навигируя по сложной компоновке, которая является столько же искусством, сколько и наукой.  Тем не менее, даже самые тщательно спроектированные печатные платы могут столкнуться с дефектами во время изготовления и сборки.  В этом блоге мы рассмотрим обзор наиболее распространенных дефектов сборки, некоторые из которых могут быть связаны с проектированием печатных плат, а некоторые - непосредственно с процессом сборки.  Затем мы подробно рассмотрим конкретный дефект - деформацию печатной платы и компонентов, и посмотрим, как проектирование печатных плат может повлиять на этот дефект. В предвидении будущих блогов мы рассмотрим эти дефекты с точки зрения производственной пригодности, чтобы помочь преодолеть разрыв между проектированием и сборкой печатных плат.

Распространенные дефекты сборки печатных плат

Мостики из припоя/Короткие замыкания: Этот дефект возникает, когда припой соединяет две или более проводящих дорожки, вызывая непреднамеренные электрические соединения. Это может быть между соседними выводами, площадками или дорожками цепи.

Недостаточно припоя: Недостаточное количество припоя может привести к неполным или слабым паяным соединениям, что, в свою очередь, приводит к плохому электрическому контакту. Это может проявляться как прерывистое или разомкнутое соединение.

Образование шариков припоя: Шарики припоя - это маленькие, непреднамеренные отложения припоя, которые могут появляться во время рефлоу-пайки из-за неполного плавления и течения паяльной пасты. Они могут привести к коротким замыканиям, если находятся в чувствительных областях печатной платы.

Шарики припоя появляются, когда паяльная паста становится неоднородной или хранится неправильно. [Источник изображения: Пользователь John U, stackexchange.com]

Эффект "надгробия": Это когда компонент поверхностного монтажа встает на один конец из-за несбалансированного рефлоу-пайки, что приводит к плохому электрическому соединению. Этот дефект часто вызван разницей температур во время рефлоу.

Отслоение или отсутствие площадок: Площадки могут отслоиться во время сборки, что приводит к нефункциональным компонентам.

Неправильное выравнивание компонентов: Компоненты поверхностного монтажа могут быть неправильно выровнены или смещены во время установки, что приводит к дефектам пайки или разрывам соединений.

Холодные пайковые соединения: Холодные пайковые соединения - это хрупкие слабые соединения, возникающие, когда припой не течет должным образом во время рефлоу, часто из-за недостаточного нагрева или неправильной активации флюса.

Проблемы с пайкой BGA: Компоненты с шариковой сеткой (BGA) могут страдать от дефектов шариков припоя, разрывов соединений или пустот под компонентом, что может привести к плохому контакту и проблемам с надежностью.

Переполюсовка компонентов: Ошибки при установке компонентов или их ориентации могут привести к неправильной полярности, что вызывает обратное подключение напряжения и потенциальные повреждения.

Избыточная паяльная паста: Применение слишком большого количества паяльной пасты при печати через трафарет может вызвать короткое замыкание из-за пайки и другие дефекты, связанные с пайкой.

Недостаточно паяльной пасты: Недостаточное количество паяльной пасты может привести к неполным или слабым паяным соединениям, особенно для компонентов с мелким шагом.

Недостаточные паяные филеты: Паяные филеты, которые не образуются должным образом вокруг выводов компонентов или площадок, приводят к слабым соединениям.

Остатки шариков паяльной пасты: Шарики паяльной пасты, оставшиеся на поверхности печатной платы после переплавки, могут вызвать короткие замыкания и другие проблемы.

Отсутствующие компоненты: Компоненты, пропущенные при установке из-за ошибок оборудования или оператора.

Искривленные или согнутые компоненты: Компоненты SMT могут искривляться или сгибаться во время переплавки, что влияет на их установку и качество паяных соединений.

• Узнайте больше о распространенных дефектах SMT
• Узнайте больше о лучших практиках DFA

Высокая степень искривления печатной платы может привести к искривлению корпуса SMT. [Источник изображения]

Искривление, снижение риска

Дизайнеры печатных плат могут предпринять несколько мер для минимизации деформации компонентов и печатной платы, что может привести к дефектам, таким как образование шариков припоя во время сборки печатной платы. Вот несколько способов, которыми дизайн печатной платы может повлиять и потенциально предотвратить деформацию:

Размещение компонентов и создание посадочных мест

• Тщательно выбирайте места и ориентацию компонентов, чтобы минимизировать напряжение.  
• Избегайте размещения тяжелых компонентов в чувствительных зонах.
• Используйте компоненты с плоскими или совпадающими по высоте выводами, которые, как правило, создают меньшее напряжение на плате.
• Разрабатывайте соответствующие посадочные места для компонентов, учитывая тепловое расширение и сжатие во время пайки.
• Убедитесь, что площадки компонентов достаточно большие, чтобы обеспечить механическую стабильность и прочность паяного соединения.
• Для тяжелых или высоких компонентов рассмотрите возможность использования дополнительных методов механического крепления, таких как винты или стойки, для обеспечения стабильности и предотвращения деформации.
• Стремитесь к симметричной компоновке платы, равномерно распределяя компоненты и элементы, чтобы предотвратить напряжение в определенных местах.
• При использовании медных слоев добавляйте тепловые рельефные соединения для компонентов с большими заземляющими или питающими подключениями, чтобы предотвратить деформацию платы во время пайки методом переплавления.

Структура слоев платы

• Структура слоев печатной платы должна обеспечивать сбалансированное распределение меди с обеих сторон платы для минимизации деформации.
• Выбирайте сбалансированные структуры с симметричными весами меди и толщиной диэлектрика по всей структуре.
• Выбирайте материалы для печатных плат, которые обладают хорошей размерной стабильностью и низким коэффициентом термического расширения (CTE).
• Рассмотрите возможность использования материалов, предназначенных для работы при высоких температурах, если ваша конструкция этого требует.

Тепловые соображения

• Убедитесь, что компоненты, генерирующие значительное количество тепла, имеют подходящие решения для теплового управления.  Радиаторы, переходные отверстия или специальные медные плоскости могут помочь в этом.
• Распределяйте компоненты, генерирующие тепло, равномерно по всей плате, чтобы предотвратить локализованный нагрев и деформацию.
• Избегайте размещения плотно установленных радиаторов или разъемов вблизи центра печатной платы.  Это может привести к неравномерным усилиям и способствовать деформации.

Я закончу этот блог советом.  Важно взаимодействовать как с производством, так и с сборкой в процессе проектирования. Существует множество примеров, когда такие простые вещи, как цвет паяльной маски, влияют на выход, что, в свою очередь, влияет на ценообразование и сроки выполнения заказа.  Объединение усилий в области проектирования, производства и сборки для сотрудничества и общения на протяжении всего производственного процесса даст конструкции лучшие шансы на успех с первой попытки.

Когда вы будете готовы создать свою плату с использованием лучших практик DFA для монтажа SMT, используйте инструменты проектирования и размещения в Altium Designer^®. Для реализации сотрудничества в современной междисциплинарной среде, инновационные компании используют платформу Altium 365™ для удобного обмена данными проектирования и запуска проектов в производство.

Мы только начали раскрывать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.