Томбстоунинг: Стратегии предотвращения дефектов сборки печатных плат

Продолжая нашу серию о распространенных дефектах сборки печатных плат и влиянии дизайна ПП на процесс сборки, давайте более подробно рассмотрим явление "тумбстоунинга". Иногда термины, которые мы используем в производстве электроники, заставляют меня смеяться. Кажется, что мы могли бы использовать более высокотехнологичный термин для "тумбстоунинга", "кусочков мыши", "ушей кролика" и т.д., но я должен признать, что термины не только крайне наглядны, но и запоминающиеся.

Если вы не знакомы с термином, "тумбстоунинг" происходит, когда один конец компонента поверхностного монтажа отрывается от площадки во время переплавки припоя, в результате чего он принимает вертикальное положение, напоминающее надгробный камень. Распространенные причины "тумбстоунинга" включают неравномерное нанесение паяльной пасты, различия в размерах площадок, неоднородные температурные профили во время переплавки и проблемы с дизайном ПП, такие как неравномерные медные дорожки или недостаточное покрытие паяльной маской. Некоторые из этих проблем могут быть связаны с дизайном ПП, другие являются результатом контроля процесса сборки.

"Тумбстоунинг" является относительно распространенной проблемой при сборке печатных плат, особенно в процессах сборки технологии поверхностного монтажа (SMT). Хотя точная частота возникновения "тумбстоунинга" может варьироваться в зависимости от таких факторов, как конкретные используемые компоненты, сложность дизайна ПП и качество производственных процессов, "тумбстоунинг" считается одним из наиболее распространенных дефектов, встречающихся в процессе сборки ПП.

Несмотря на то что совершенствование производственных технологий и улучшение практик проектирования помогли снизить частоту возникновения "тумбстоунинга" за последние годы, это остается вызовом, с которым должны справляться дизайнеры и производители ПП, чтобы обеспечить надежность и функциональность электронных устройств. В отраслях, где требуются высокие стандарты надежности, таких как автомобильная промышленность, аэрокосмическая промышленность и производство медицинских устройств, предпринимаются усилия для минимизации возникновения "тумбстоунинга". Цель состоит в том, чтобы исключить необходимость доработки, которая потребовалась бы для устранения "тумбстоунинга".

Факторы, способствующие "тумбстоунингу"

• Методы нанесения паяльной пасты, такие как печать паяльной пасты, должны быть проверены для обеспечения равномерного нанесения паяльной пасты на контактные площадки.
• Неравномерное покрытие паяльной маской: Паяльная маска служит защитным слоем на печатной плате, предотвращая растекание припоя туда, где это не нужно во время переплавки. Если контактные площадки с одной стороны компонента имеют меньшее покрытие паяльной маской, чем другие площадки, это может привести к неравномерной пайке и эффекту "надгробия".
• Дизайн и размеры контактных площадок на печатной плате играют ключевую роль в предотвращении эффекта "надгробия". Если площадки слишком малы, слишком велики или несоответствуют друг другу с каждой стороны компонента, это может привести к неравномерной пайке. Например, маленькие площадки могут не обеспечивать достаточной площади поверхности для надлежащего сцепления припоя, в то время как большие площадки могут привести к избыточному припою и дисбалансу во время переплавки.
  • Убедитесь, что размеры площадок подходят для используемых компонентов, обеспечивая достаточную площадь поверхности для сцепления припоя без избытка.
  • Применяйте правильные геометрии площадок, такие как закругленные углы или фаски, для обеспечения последовательного течения припоя и минимизации риска образования мостиков припоя или эффекта "надгробия".
  • Используйте площадки терморазгрузки для компонентов, подключенных к большим медным плоскостям, чтобы снизить термические дисбалансы во время переплавки.
• Точное размещение компонентов: Несоосность при установке может привести к неравномерному нагреву во время переплавки, вызывая пайку одного конца компонента раньше другого.

Рассмотрение паяльной маски

Правильное покрытие паяльной маской необходимо для предотвращения образования мостиков припоя и эффекта "надгробия". Практики DFM рекомендуют:

• Обеспечение адекватного покрытия паяльной маской вокруг площадок, чтобы предотвратить растекание припоя туда, где это не нужно во время переплавки.
• Применение расширения паяльной маски для обеспечения дополнительного зазора между площадками и предотвращения образования мостиков припоя.
• Проведение проверок дизайна для верификации покрытия паяльной маской и внесение корректировок по мере необходимости для минимизации риска эффекта "надгробия".

Стратегии терморазгрузки

Эффективные стратегии терморазгрузки помогают управлять распределением тепла во время пайки переплавкой, снижая вероятность эффекта "надгробия". Руководства DFM предлагают:

• Использование соединений терморазгрузки для компонентов, подключенных к большим медным плоскостям, для минимизации термических градиентов и предотвращения эффекта "надгробия".
• Оптимизация количества и размещения соединений терморазгрузки на основе тепловых требований компонента и компоновки печатной платы.

Инструменты анализа DFM

• Использование инструментов анализа DFM может помочь выявить потенциальные проблемы на ранних этапах процесса проектирования и предотвратить эффект "надгробия". Дизайнеры могут:
  • Выполнять тепловые симуляции для оценки распределения тепла по печатной плате и выявления участков, подверженных эффекту "надгробия".
  • Проводить проверки правил проектирования (DRC) и проверки производственной пригодности для обеспечения соответствия руководствам DFM и выявления потенциальных рисков эффекта "надгробия".

По мере развития миниатюризации компонентов, процессы монтажа SMT подвергаются нагрузкам, и проводится много работы для корректировки процессов, необходимых для работы с более мелкими размерами элементов. Поддержание постоянных тепловых профилей во время переплавки, включая этапы разогрева, выдержки и охлаждения, может помочь предотвратить эффект "надгробия". Можно с уверенностью предположить, что в ходе этого процесса мы увидим увеличение числа общих дефектов сборки печатных плат, таких как эффект "надгробия". Будет критически важно работать с вашими производственными командами для понимания любых изменений в руководствах по проектированию с учетом производственных возможностей.