Причины деформации компонентов на печатной плате

Один из сотрудников производителя печатных плат рассказал мне, что, по их мнению, у нас возникла проблема с деформацией корпуса компонента. До этого я предполагал, что такое вряд ли возможно с стандартными корпусами компонентов, используемых в сборке ПП. К сожалению, деформация компонентов может происходить как в печатной плате, так и в компонентах. Механическое неправильное обращение, приводящее к изгибу, является очевидным, но существуют и другие потенциальные проблемы, которые могут вызвать деформацию компонентов без воздействия механического удара.

В этой статье мы дадим обзор деформации в печатной плате, в частности, в самой плате и в компонентах. Возможность деформации платы должна быть очевидна, учитывая, что материалы ламината печатной платы немного гибкие, но потенциал деформации компонентов не так очевиден.

Где происходит деформация компонентов печатной платы

Деформация компонентов может произойти во время сборки печатной платы, или ваши компоненты могли быть деформированы до поступления на производство. Иногда вы получаете компоненты с деформированной упаковкой, изогнутой или иным образом не совсем плоской, что произошло во время производства или транспортировки. В большинстве случаев деформация очень незначительна в большинстве компонентов и сборок, и наличие такой деформации не вызовет проблем с функциональностью или надежностью сборки.

Когда деформация более серьезная, может быть сложно обнаружить какие-либо проблемы до начала тестирования компонентов или использования устройства. К сожалению, как только компоненты поступают на сборочное производство, вы, вероятно, не сможете начать их тестирование в приспособлении или проверять их на плоскостность. Если они не очень очевидно деформированы, их сразу же установят на место с помощью автоматической установочной машины. После того как вы интегрировали эти компоненты на свою плату, вам будет трудно доказать, произошла ли деформация до или после вашей обработки и обращения.

Кратко подытожим, деформация может возникнуть в следующих ситуациях:

• В процессе производства компонентов, когда компоненты не были должным образом проверены во время производства или упаковки
• Во время сборки печатных плат, где процесс пайки создает дефект в компоненте
• Когда печатная плата деформируется, что может затем вызвать деформацию некоторых компонентов
• Во время транспортировки, когда какой-либо механический удар или воздействие повреждает плату и/или компоненты

Дефекты сборки, вызывающие деформацию компонентов

Влияние деформации компонентов может быть настолько незначительным, что вы никогда не заметите его, или же оно может вызвать скрытые электрические проблемы. Возможно, худший случай - когда повторяющиеся циклы и деформация ослабляют паяное соединение настолько, что это приводит к преждевременному или периодическому отказу. Факторы, которые могут привести к деформации компонентов во время сборки, включают:

• Термические циклы
• Несоответствие коэффициентов теплового расширения (CTE)
• Выделение газов

Простейший случай, когда повторяющиеся циклы вызывают деформацию компонента, связан с повторяющимися циклами. Одна из областей, где эти электрические проблемы проявляются, - это большие процессоры с упаковкамисетка шариковых контактов (ball grid array), где компоненты имеют большую площадь поверхности, подверженную деформации. Упаковки на органической подложке также могут подвергаться термическим циклам и испытывать деформацию, поскольку они могут иметь несоответствие CTE по сравнению с окружающими ламинатами.

Когда несоответствие между корпусом компонента и платой велико, начинается коробление, которое увеличивает расстояние между печатной платой и корпусом, и возможны несколько исходов. В некоторых случаях, если шарик припоя "упадет" и останется низко по отношению к печатной плате, а не соединится с компонентом, может возникнуть разрыв цепи, или припой может растечься и соединить другие контакты. В противном случае, шарик припоя растянется, чтобы установить соединение при соответствующей температуре. Вы видите цепь, но припой в соединении истончен, и иногда имеет странную форму, что со временем делает соединение менее надежным. Последствия становятся гораздо хуже по мере уменьшения шага между контактными площадками BGA.

Если поверхность изгибается вниз, обычно с опусканием углов и краев во время переплавления, то вдруг под вашим компонентом окажется слишком много припоя. Он часто выдавливается с площадки, соединяясь с другими площадками припоя и замыкая их вместе, как видно на изображении ниже.

Даже возможно, хотя и редко, что плохое производство может привести к выделению газов. Это может создать пузырь внутри упаковки или сместить корпус. Однако наиболее частой причиной являются тепловые проблемы. Переработка может вызвать искривление ваших компонентов во время переплавки, или несоответствие тепловых характеристик между упаковкой и припоем может вызвать искривление, когда материалы испытывают тепловое расширение с разными скоростями.

Чтобы узнать больше о деформации печатных плат и некоторых стратегиях предотвращения деформации PCB, ознакомьтесь с этой статьей.

Некоторые простые практики для предотвращения деформации

К счастью, существует несколько вариантов, которые могут помочь предотвратить или уменьшить деформацию. Во-первых, используйте площадки с определением через маску припоя, поскольку площадки без определения через маску припоя будут иметь гораздо меньшую высоту расплавленного припоя. Это потому, что расплавленный припой не имеет такой большой площади для распространения. Вы также можете настроить материалы и температуры процесса, часто понижая температуры, или уменьшение теплового несоответствия между бессвинцовым припоем и компонентами может значительно улучшить ваши результаты. Если у вас углы опускаются во время переплавки, вы можете использовать проставки для их поддержки, пока они не остынут.

В заключение, ограничьте количество циклов пайки/перепайки и не фиксируйте печатную плату во время циклов пайки. Термическое напряжение, возникающее в печатной плате, может привести к искривлению компонентов, печатной платы или и того, и другого. В первую очередь это проблема печатной платы, но повторяющиеся термические циклы в областях платы с высоким несоответствием могут привести к искривлению компонентов, особенно в корпусах с органической подложкой и в BGA. Понимание компонентов на вашей плате может помочь вам определить, какие детали будут иметь меньшие изменения дефектов сборки во время производства или переработки.

Когда вам нужно указать требования к вашему проекту и производству и подготовить вашу плату к производству, используйте полный набор инструментов для проектирования печатных плат в Altium Designer. Когда вы закончили свой проект и хотите отправить файлы вашему производителю, платформа Altium 365 упрощает сотрудничество и обмен проектами.

Мы только коснулись поверхности возможностей Altium Designer на Altium 365. Начните вашу бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.

Посмотрите Altium в действии...

Мощное проектирование печатных плат