Proč se SMT kontaktní plošky zvedají během pájení

Když se měděná ploška během pájení odlupuje od desky, příčinou je téměř vždy teplo, čas a napětí, které překonává vazbu, jež drží měď k laminátu. K odlupování plošky SMT , formálně známé jako zvednutá plocha nebo zvednutá ploška, ​​dochází, když příliš mnoho tepla nebo příliš mnoho cyklů přepracování oslabí tuto vazbu. Často to zhoršuje malá ploška, ​​slabý laminát nebo mechanická síla. Tato příručka vysvětluje skutečné faktory zvedání plošky, seskupené podle materiálu, konstrukce a procesu, a uvádí praktické způsoby, jak mu předcházet.

Co je to zvednutý (odpadlý) SMD kontakt

Páska neboli plocha je měděná ploška, ​​na kterou se součástka připájí. Je spojena s laminátem pod ní pomocí pryskyřičného systému desky a toto spojení má omezenou pevnost.

Zvednutá půda vs. zvednutá podložka

Když se měď oddělí od laminátu, výsledkem je vyvýšená plocha, kde se kontaktní ploška zvedne nad povrch, nebo v nejhorším případě se kontaktní ploška zcela oddělí a často s sebou vezme i svůj spojovací vodič. V obou případech je narušeno elektrické spojení a deska může být bez opravy nepoužitelná. Samotná měď selže jen zřídka; je to spojení s deskou, které selže.

Proč je to důležité

Zvednutá podložka je v rámci kritérií pro přijetí montáže považována za vadu nebo stav podléhající hlášení a v praxi může způsobit přerušované nebo otevřené spoje. Pochopení faktorů, které ji způsobují, je prvním krokem k výrobě desek, které přežijí jak montáž , tak i jakékoli pozdější opravy.

Zvednuté podložky: Průchozí otvor vs. povrchová montáž

Zvedání ovlivňuje oba typy podložek, ale geometrie se liší a stejně tak i riziko.

Povrchově montované kontaktní plochy mají menší ukotvení než pokovené průchozí otvory, takže se mohou zvedat s menším namáháním, a proto je ukotvení průchozích otvorů a kapkovitých profilů tak důležité pro dobrou kontrolu rozměrů . Kontaktní plochy s průchozími otvory jsou lépe drženy válcem, ale když selžou, často s sebou vezmou i spojovací vodič. V obou případech je obrana stejná: zvládat teplo a čas a stavět na laminátu s dostatečnou pevností v odlupování.

Proč vložky zvedají: Teplo a doba působení

Téměř každý případ zvedání podložky se vrací k jednomu mechanismu: spojení mezi mědí a laminátem se zhoršuje, když se příliš dlouho zahřívá.

Nejdůležitější zásadou je, že krátký, horký kontakt způsobuje menší škodu než dlouhý, vlažný kontakt . Několik sekund položení žehličky na podložku dodá spoji mnohem více tepla než rychlé a pevné spojení, a to i při nižší teplotě hrotu. Čím déle je měď horká, tím více pryskyřice měkne a tím slabší je spoj, dokud se podložka neuvolní.

Proto je technika stejně důležitá jako vybavení. Čistý, dobře pocínovaný hrot a dostatek tavidla umožní pájce navlhnout během jedné nebo dvou sekund, takže podložka se nikdy dlouho nezahřívá, což ji nadzvedne. Klasickou cestou k nadzvedání podložky je použití většího tepla nebo delší prodlevy namísto většího množství tavidla.

Jak materiál desky ovlivňuje přilnavost podložky

Ne všechny desky odolávají zvedání stejně. Vlastnosti laminátu určují, kolik tepla může podložka snést, než se zlomí.

Pevnost mědi v odlupování je vlastnost, která nejpříměji předpovídá odlupování, a je ověřována standardizovanými metodami zkoušek pevnosti v odlupování. Výběr laminátu s odpovídající teplotou spalování (Tg) a pevností v odlupování pro danou aplikaci je rozhodnutím o výrobě desek plošných spojů a je nejdůležitější u desek, které budou vystaveny vysokým teplotám pájení nebo přepracování. Zvláštní pozornost si zaslouží konstrukce s vysokou tloušťkou mědi a tepelně náročné konstrukce, jako jsou ty na kovových substrátech.

Faktory návrhu desek plošných spojů, které způsobují zvedání kontaktních plošek

Způsob, jakým je kontaktní ploška navržena a zapojena, silně ovlivňuje, zda přežije pájení. Dvě kontaktní plošky na stejné desce, jedna ukotvená a druhá izolovaná, se mohou chovat velmi odlišně.

Velikost a ukotvení podložky

Malá, izolovaná kontaktní ploška s pouze tenkou stopou má malou lepenou plochu, která by odolávala odlepování. Přidání kotevního otvoru, který spojuje kontaktní plošku s vnitřní vrstvou, nebo použití kapkovitých otvorů v místě, kde se stopa setkává s kontaktní ploškou, zvyšuje efektivní spojení a odolává odlupování. Z těchto vlastností nejvíce těží konstrukce s jemnou roztečí a pasivní konstrukce s malými rozměry, jaké se vyskytují u rozvržení s vysokou hustotou.

Tepelná úleva v letadlech

Podložka připojená přímo k velké měděné lité nebo zemnící ploše se obtížně zahřívá, protože měď odvádí teplo. Obsluha pak aplikuje více tepla po delší dobu, což je přesně to, co zvedá podložky. Tepelně odlehčené spojení, které spojuje podložku s rovinou pomocí několika úzkých paprsků, umožňuje spoji rychle dosáhnout teploty bez delšího zahřívání.

Trasování směrování

Směrování křehkého vedení tak, aby se při manipulaci s dílem netahalo, a vyhýbání se ostrým přechodům na ploše snižuje mechanickou složku zvedání. Dobré rozměry a volby směrování, jako jsou tyto, jsou přesně to, co hledá kontrola návrhu pro výrobu.

Faktory pájecího procesu, které zvedají kontaktní plošky

I dobře navržená deska s plošnými spoji z kvalitního materiálu může trpět zvednutými kontakty, pokud je proces pájení nesprávný.

• Teplota železa. Příliš vysoká teplota přímo poškozuje spoj; příliš vysoká teplota způsobuje delší prodlevu, což také nadzvedává podložky. Nastavte na rychlé navlhčení.
• Doba setrvání. Dlouhodobý kontakt je hlavní příčinou procesu. Vytvořte kloub a jděte dál.
• Cykly přepracování. Každý ohřev namáhá spoj. Omezte, kolikrát je spoj nutné přepracovat.
• Předehřejte. Předchozí zahřátí žehličky snižuje tepelný šok a dobu, kterou musí žehlička strávit na podložce.
• Teploty bez olova. Bezolovnaté slitiny se taví za vyšší teploty, takže rezerva před poškozením je menší a technika je důležitější.

Odpájení je obzvláště riskantní, protože demontáž součásti může znamenat opakované zahřívání kontaktní plošky. Použití správných odpájecích nástrojů, čerstvého tavidla a co nejmenšího množství tepla chrání kontaktní plošku během demontáže i instalace.

Souhrn příčin zvedání SMD podložek

Výše uvedené faktory lze shrnout do rychlé diagnostické tabulky.

Jak zabránit zvedání SMD kontaktních plošek

Shrnutí příčin poskytuje krátký a praktický kontrolní seznam.

• Pájejte rychle. Použijte čistý, horký hrot a dostatek tavidla, aby se každý spoj vytvořil během jedné nebo dvou sekund.
• Omezte přepracování. Vyhněte se opakovanému zahřívání stejné podložky; naplánujte si spoj tak, aby byl hned napoprvé správný.
• Předehřejte desku. Zejména u větších nebo silnějších prken předehřátí zkracuje dobu žehlení.
• Uveďte kvalitní materiál. Pro očekávané pájení a dodatečné opracování zvolte laminát s dostatečnou Tg a pevností v odlupování mědi.
• Navrhněte si podložky tak, abyste přežili. Přidejte kotevní prostupy a kapkovité tvary na malé kontaktní plošky a tepelné odlehčení na rovinných spojích.
• Zacházejte jemně. Vyhněte se páčení nebo ohýbání, které by mohlo způsobit mechanické namáhání, a desky citlivé na vlhkost před pájením vypečte.

Tyto návyky se vyplatí i ve velkém měřítku: konstrukce, která odolává zvedání kontaktních plošek, je robustnější díky automatizovanému pájení a jakýmkoli opravám během velkoobjemové montáže , kde je konzistence nejdůležitější.

Jak opravit zvednutý PCB pad

Pokud se kontaktní ploška i přes přijatá opatření nadzvedne, lze spojení často obnovit, i když oprava má své limity.

• Znovu ukotvejte spojení. Krátký propojovací vodič z vývodu součástky k trase nebo blízkému průchodu může obnovit obvod.
• Stabilizujte podložku. Lepidlo nebo epoxid mohou udržet částečně zvednutý povrch na místě a zabránit jeho dalšímu pohybu.
• Znát limity akceptace. Zvednutá plocha se posuzuje podle kritérií přijatelnosti sestavy podle třídy, takže u vysoce spolehlivých prací nemusí být deska přijatelná ani po opravě.

U prototypu obvykle stačí čistá oprava propojky. U produkčních nebo vysoce spolehlivých desek je zvednutá kontaktní ploška signálem k přehodnocení materiálu, osazení nebo procesu pájení, aby se další várka neopakovala.

Získejte cenovou nabídku na robustní desky

Odpadávání kontaktních plošek lze předejít: pájejte rychle, omezte přepracování, vyberte laminát se správnou teplotou tepelné desky (Tg) a pevností v odlupování a navrhněte malé kontaktní plošky s kotvicími prvky. Pokud je zvolíte správně, zvednuté kontakty z velké části zmizí. Můžete si přečíst více o společnosti Highleap Electronics a o tom, jak vyrábíme a montujeme odolné desky.

Často kladené dotazy

Proč se SMT kontakty při pájení odlepují?

Protože teplo a čas zhoršují spojení, které drží měděnou podložku k laminátu. Nejčastější příčinou je příliš dlouhé položení železa na podložku; opakované přepracování, slabý laminát, malá izolovaná podložka nebo zachycená vlhkost to všechno zhoršují. Krátkodobý horký kontakt s tavidlem tomu většinou zabrání.

Způsobuje větší nafouknutí žehličky teplota nebo doba působení?

Dlouhodobé prodlení je obvykle větším viníkem, i když příliš vysoká teplota také přímo poškozuje spoj. Cílem je zahřát žehličku dostatečně na to, aby se spoj navlhčil během jedné nebo dvou sekund, takže podložka nikdy nezůstane horká dostatečně dlouho na to, aby se dala zvednout. Příliš chladná žehlička má opačný účinek v podobě delšího kontaktu.

Jak materiál desky ovlivňuje zvedání podložky?

Laminát s vyšší teplotou skelného přechodu méně měkne vlivem tepla a vyšší pevnost v odlupování mědi znamená, že kontaktní ploška je spojena pevněji. Špatně vytvrzený materiál a absorbovaná vlhkost se mnohem snadněji odlupují. Stanovení odpovídající teploty skelného přechodu (Tg) a pevnosti v odlupování pro očekávané pájení a přepracování snižuje toto riziko.

Mohou konstrukční změny zabránit zvedání podložky?

Ano. Přidání kotevního otvoru a kapkovitých výčnělků k malým kontaktním ploškám zvětšuje lepenou plochu a tepelně odlehčené spoje s rovinami umožňují rychlé zahřátí spojů, místo aby vyžadovaly dlouhé prodlevy. Tyto volby rozměrů jsou přesně to, co se kontroluje při kontrole návrhu pro výrobu před zahájením výroby.

Proč je pravděpodobnější, že se kontaktní plošky spojené s uzemňovacími rovinami zvednou?

Velká měděná rovina odvádí teplo od kontaktní plošky, takže obsluha aplikuje více tepla po delší dobu, aby se pájka roztavila, což kontaktní plošky nadzvedává. Tepelně odlehčené spojení, které spojuje kontaktní plošku s rovinou pomocí několika úzkých paprsků, umožňuje spoji rychle dosáhnout požadované teploty a zabraňuje dlouhodobému zahřívání.

Je u bezolovnaté pájky častější zvedání kontaktních plošek?

Může to být proto, že slitiny bez olova se taví při vyšší teplotě, takže zbývá menší prostor, než se spoj poškodí. Dobrá technika, dostatečné tavidlo, předehřev a laminát určený pro teploty bez olova od výroby – to vše pomáhá kompenzovat vyšší potřebné teplo.

Lze ještě použít desku se zvednutou podložkou?

U prototypu často ano, a to přidáním propojovacího vodiče pro obnovení spojení a stabilizací kontaktní plošky lepidlem. U výrobních nebo vysoce spolehlivých desek se zvednutá plocha posuzuje podle kritérií přijatelnosti podle třídy a nemusí být přijatelná, takže je to signál k opravě materiálu, rozměrů nebo procesu.

Zvedají se kontaktní podložky s průchozím otvorem stejným způsobem jako kontaktní podložky SMT?

Oba se mohou zvedat, ale kontaktní plošky pro průchozí otvory jsou ukotveny pokoveným válcem skrz otvor, takže lépe odolávají zvednutí; když selžou, často s sebou strhnou i spojovací vodič. Kontaktní plošky pro povrchovou montáž se spoléhají pouze na povrchové lepení, takže se snáze zvedají, a proto pomáhají ukotvení průchodů a kapkovitých spojů.

Opravdu pomáhá předehřátí desky?

Ano. Předehřev zvýší teplotu celé desky na teplotu pájení, takže železo přidává méně tepla po kratší dobu, čímž se snižuje jak tepelný šok, tak i prodleva, která zvedá kontaktní plošky. Je to obzvláště užitečné pro silnější desky, těžkou měď a kontaktní plošky připojené k velkým rovinám.