Nguyên Nhân Gây Biến Dạng Linh Kiện trên PCB

Một nhân viên tại nhà sản xuất PCB từng giải thích cho tôi rằng họ nghĩ rằng chúng tôi đang gặp vấn đề với việc một gói thành phần bị cong vênh. Trước đó, tôi đã cho rằng điều này rất khó xảy ra với các gói thành phần tiêu chuẩn được sử dụng trong PCBA. Thật không may, việc cong vênh thành phần có thể xảy ra cả trong PCB và trong các thành phần. Việc xử lý cơ học không cẩn thận dẫn đến uốn cong là một nguyên nhân rõ ràng, nhưng cũng có thể có những vấn đề khác có thể gây ra sự cong vênh của thành phần mà không cần có tác động cơ học.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về sự cong vênh trong PCB, cụ thể là trong bảng mạch và trong các thành phần. Khả năng cong vênh của bảng mạch nên được hiểu là điều hiển nhiên vì vật liệu laminate của PCB có độ linh hoạt nhất định, nhưng khả năng cong vênh trong các thành phần không phải là điều hiển nhiên.

Nơi Sự Cong Vênh Của Thành Phần PCB Xảy Ra

Sự cong vênh của thành phần có thể xảy ra trong quá trình lắp ráp PCB, hoặc các thành phần của bạn có thể đã bị cong vênh trước khi đến cơ sở lắp ráp. Đôi khi, bạn sẽ nhận được các thành phần với bao bì bị cong vênh, hoặc không hoàn toàn phẳng, điều này xảy ra trong quá trình sản xuất hoặc vận chuyển. Hầu hết thời gian, sự cong vênh rất nhẹ trong hầu hết các thành phần và lắp ráp, và sự hiện diện của sự cong vênh như vậy sẽ không gây ra vấn đề gì trong chức năng hoặc độ tin cậy của lắp ráp.

Khi tình trạng cong vênh trở nên nghiêm trọng hơn, có thể khó tìm ra bất kỳ điều gì sai trước khi bạn bắt đầu kiểm tra các linh kiện hoặc sử dụng thiết bị. Thật không may, một khi các linh kiện đến tại cơ sở lắp ráp, bạn có lẽ không còn trong tư thế để bắt đầu kiểm tra chúng trong một giá đỡ hoặc kiểm tra độ phẳng của chúng. Trừ khi chúng bị cong vênh một cách rõ ràng, chúng sẽ được đưa vào máy chọn và đặt ngay lập tức. Sau khi bạn đã lắp các linh kiện đó vào bảng mạch của mình, bạn sẽ gặp khó khăn để chứng minh liệu tình trạng cong vênh xảy ra trước hay sau quá trình xử lý và vận hành của bạn.

Để tóm tắt ngắn gọn, cong vênh có thể xuất hiện trong các tình huống sau:

• Trong quá trình sản xuất linh kiện, nơi mà các linh kiện không được kiểm tra kỹ lưỡng trong quá trình sản xuất hoặc đóng gói
• Trong quá trình lắp ráp PCB, nơi mà quá trình hàn tạo ra lỗi trong linh kiện
• Khi PCB bị cong vênh, có thể sau đó ép cong vênh một số linh kiện
• Trong quá trình vận chuyển, nơi mà một số tác động cơ học hoặc sốc làm hỏng bảng mạch và/hoặc linh kiện

Lỗi Lắp Ráp Gây Cong Vênh Linh Kiện

Ảnh hưởng của việc cong vênh linh kiện có thể nhỏ đến mức bạn sẽ không bao giờ nhận ra, hoặc nó có thể gây ra các vấn đề điện tử tiềm ẩn. Có lẽ trường hợp tồi tệ nhất là khi việc lặp đi lặp lại và cong vênh làm suy yếu mối hàn đến mức gây ra sự cố sớm hoặc không ổn định. Các yếu tố có thể dẫn đến việc cong vênh linh kiện trong quá trình lắp ráp bao gồm:

• Chu kỳ nhiệt
• Sự không khớp của hệ số giãn nở nhiệt
• Thoát khí

Trường hợp đơn giản nhất khi chu kỳ lặp lại gây ra sự cong vênh linh kiện là do việc lặp đi lặp lại. Một khu vực mà những vấn đề điện tử này sẽ xuất hiện là trong các bộ xử lý lớn với góiball grid array, nơi linh kiện có diện tích bề mặt lớn bị ảnh hưởng bởi sự cong vênh. Gói trên nền tảng hữu cơ cũng có thể bị ảnh hưởng bởi chu kỳ nhiệt và trải qua sự cong vênh vì chúng có thể có sự không khớp của hệ số giãn nở nhiệt so với các lớp phủ xung quanh.

Khi sự không khớp giữa gói linh kiện và bảng mạch là lớn, hiện tượng cong vênh sẽ xuất hiện và làm tăng khoảng cách giữa PCB và vỏ, và có một vài kết quả có thể xảy ra. Trong một số trường hợp, nếu một hạt hàn "rơi" và ở thấp so với PCB thay vì kết nối với linh kiện, một mạch mở có thể xảy ra hoặc hàn có thể chảy và cầu nối các kết nối khác. Nếu không, hạt hàn sẽ căng ra để tạo kết nối ở nhiệt độ thích hợp. Bạn thấy một mạch, nhưng hàn trong mối nối bị mỏng đi, và đôi khi hình dạng kỳ lạ, làm cho mối nối sẽ kém đáng tin cậy theo thời gian. Ảnh hưởng càng tồi tệ hơn khi khoảng cách giữa các pad BGA giảm.

Nếu bề mặt cong xuống, thường là với các góc và cạnh bị lún xuống trong quá trình tái hợp, thì bạn đột nhiên sẽ có quá nhiều hàn dưới linh kiện của mình. Nó thường sẽ bị ép ra khỏi pad, cầu nối sang các pad hàn khác và làm chúng ngắn mạch với nhau, như bạn thấy trong hình dưới đây.

Cũng có thể, mặc dù hiếm, khiến cho kết quả sản xuất kém do phát thải khí. Điều này có thể tạo ra một bọt khí bên trong bao bì hoặc làm lệch vỏ bọc. Tuy nhiên, nguyên nhân phổ biến nhất là vấn đề nhiệt. Sửa chữa có thể gây cong vênh các linh kiện trong quá trình xử lý reflow, hoặc sự không khớp nhiệt giữa bao bì và hàn có thể gây cong vênh khi các vật liệu trải qua sự giãn nở nhiệt ở các tốc độ khác nhau.

Để tìm hiểu thêm về sự cong vênh của bảng mạch và một số chiến lược ngăn chặn sự cong vênh PCB, hãy xem bài viết này.

Một số Phương Pháp Đơn Giản Để Ngăn Chặn Sự Cong Vênh

May mắn thay, có một số lựa chọn có thể giúp ngăn chặn hoặc giảm thiểu sự cong vênh. Đầu tiên, sử dụng đệm hàn được định nghĩa bằng mặt nạ hàn vì đệm hàn không được định nghĩa bằng mặt nạ hàn sẽ có độ cao hàn chảy thấp hơn nhiều. Điều đó là do hàn chảy không có nhiều diện tích để lan ra. Bạn cũng có thể điều chỉnh vật liệu và nhiệt độ quy trình, thường là giảm nhiệt độ xuống, hoặc giảm sự không khớp nhiệt giữa hàn không chì và linh kiện có thể cải thiện đáng kể kết quả của bạn. Nếu bạn có góc bị lún trong quá trình reflow, bạn có thể sử dụng các giá đỡ để hỗ trợ chúng cho đến khi chúng đã nguội.

Cuối cùng, hãy giới hạn số lần hàn/sửa chữa lại và không nên cố định PCB trong các chu kỳ hàn. Áp lực nhiệt được tạo ra trong PCB có thể dẫn đến việc cong vênh ở các linh kiện, trong PCB, hoặc cả hai. Chủ yếu đây là thách thức của PCB, nhưng việc lặp lại chu kỳ nhiệt độ trong các khu vực bảng mạch có sự chênh lệch cao có thể dẫn đến việc cong vênh linh kiện, đặc biệt là trong các gói có chất nền hữu cơ và trong BGAs. Việc hiểu biết về các linh kiện trên bảng mạch của bạn có thể giúp bạn xác định những phần nào sẽ có ít khả năng gặp lỗi lắp ráp trong quá trình sản xuất hoặc sửa chữa lại.

Khi bạn cần chỉ định yêu cầu thiết kế và sản xuất của mình và chuẩn bị bảng mạch của bạn cho việc sản xuất, hãy sử dụng bộ công cụ thiết kế PCB đầy đủ trong Altium Designer^®. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất của mình, nền tảng Altium 365^™ giúp việc hợp tác và chia sẻ dự án của bạn trở nên dễ dàng.

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngày hôm nay.

Xem Altium hoạt động...

Thiết kế PCB Mạnh mẽ