Comment éviter les défauts des pierres tombales des PCB dans l'assemblage des cartes de circuits imprimés

Dans le royaume de Assemblage de PCBLes défauts ouverts et les « pierres tombales » sont des problèmes courants qui peuvent affecter considérablement le fonctionnement et la fiabilité des appareils électroniques. L'effet « pierre tombale », également appelé effet Manhattan ou effet Stonehenge, se produit lorsqu'une extrémité d'un composant CMS est soudée à la pastille du circuit imprimé tandis que l'autre reste non soudée, ce qui donne au composant une forme verticale, semblable à une pierre tombale.

Les défauts ouverts, quant à eux, font référence à des connexions électriques incomplètes ou rompues, entraînant des circuits ouverts. La résolution de ces défauts est cruciale pour garantir le bon fonctionnement des assemblages PCB. Dans ce guide complet, nous approfondissons les causes et les mesures préventives pour atténuer les défauts ouverts et les pierres tombales lors de l'assemblage des PCB.

Introduction

Le phénomène de pierre tombale, également connu sous le nom de pierre tombale des PCB, est observé lors du processus de soudage des condensateurs céramiques multicouches (MLCC) et des PCB. Cela se produit lorsqu'une extrémité du MLCC quitte la zone de soudage et se tient debout ou est inclinée. Ce problème est principalement dû à une force de mouillage déséquilibrée aux deux extrémités du MLCC pendant le processus de soudage. Les principaux facteurs contribuant à cette force déséquilibrée comprennent :

1. Chauffage asymétrique : Les deux extrémités du MLCC ne peuvent pas fondre en même temps, ce qui entraîne une tension superficielle inégale pendant le processus de fusion.
2. Conception de coussin déraisonnable : La conception des plots sur le PCB peut contribuer au phénomène de pierre tombale si elle n'est pas conçue de manière appropriée pour garantir un mouillage uniforme des deux extrémités du MLCC.

Pour atténuer le phénomène de pierre tombale, il est essentiel de garder la surface du MLCC propre et de faire attention à la conception des plots sur le PCB. Cela implique de garantir que l'activité de la pâte à souder ne soit pas affaiblie et que le MLCC fonde uniformément aux deux extrémités pendant le processus de soudage. En mettant en œuvre ces mesures, le phénomène de pierre tombale peut être efficacement évité, conduisant à de meilleurs résultats de production et à une réduction des coûts.

Analyse de la cause du phénomène de pierre tombale des PCB

Le phénomène de pierre tombale, également connu sous le nom de pierre tombale des PCB, est observé pendant le processus de brasage des MLCC et des PCB, et peut être attribué à plusieurs facteurs conduisant à une adhérence inégale de la soudure. Le mouvement des MLCC peut être classé en trois types principaux :

Auto-alignement: Pendant le processus de placement, la tête de placement de la machine de placement positionne rapidement le MLCC sur les pastilles de pâte à souder en fonction des coordonnées X et Y. Cependant, en raison d'irrégularités des plots ou du glissement de la pâte à souder, le MLCC peut être décalé d'un angle (θ). Lorsque les deux joints de soudure fondent simultanément, la force uniforme de trempage de l'étain ramène le MLCC dans sa position correcte, corrigeant ainsi l'alignement.

Inclinaison: Si les deux joints de soudure ne fondent pas en même temps ou si les forces d'immersion de l'étain aux deux points diffèrent considérablement, l'un des plots de soudure peut tirer le MLCC plus en diagonale, le provoquant ainsi de travers.

Pierre tombale: Cela se produit lorsqu'il existe une différence significative dans les forces d'immersion de l'étain aux deux extrémités du MLCC, en particulier dans les MLCC plus petits. La tension superficielle peut provoquer le soulèvement d’une extrémité du MLCC, entraînant le phénomène de pierre tombale.

Les machines de placement modernes peuvent surveiller et corriger les coordonnées X et Y ainsi que l'angle θ, réduisant ainsi l'apparition de problèmes d'auto-alignement. Les améliorations apportées à la douceur de la bande transporteuse ont également minimisé la déflexion avant le soudage. Cependant, pour éviter les biais et les effets de désactivation, il est crucial de garantir que les joints de soudure fondent uniformément et qu'il existe une force de mouillage équilibrée aux deux extrémités du MLCC pendant le processus de brasage.

Des mesures visant à empêcher les pierres tombales ont eu lieu dans les PCB

Le phénomène de pierre tombale dans l’assemblage de PCB est un problème courant qui peut entraîner des problèmes importants de qualité et de fiabilité dans les appareils électroniques. Cela se produit lorsqu'une extrémité d'un composant monté en surface, tel qu'une résistance ou un condensateur, se soulève du PCB pendant le processus de soudage par refusion, ressemblant à une pierre tombale. Ce problème peut entraîner des ouvertures électriques, affectant la fonctionnalité du circuit et pouvant conduire à des retouches coûteuses ou au remplacement de composants.

La prévention du tombstoning nécessite une attention particulière à divers facteurs, notamment l'application de la pâte à souder, la conception des plots, le placement des composants et les paramètres de brasage par refusion. En comprenant les causes profondes des désactivations et en mettant en œuvre des mesures préventives, les fabricants peuvent améliorer le rendement et la fiabilité de leurs assemblages PCB. Pour éviter le tombstoning des PCB, envisagez les méthodes suivantes :

Optimisation de la conception des pochoirs

Taille et forme de l'ouverture

La conception du pochoir joue un rôle central dans la prévention des pierres tombales pendant le processus d'impression de la pâte à souder. L'optimisation de la taille et de la forme de l'ouverture est essentielle pour garantir un dépôt uniforme de la pâte à souder et obtenir des forces de mouillage équilibrées aux deux extrémités du composant. Les pochoirs Bridged Aperture Entries (BAE) sont généralement préférés aux pochoirs à rapport d'ouverture de périphérie (POR), car ils présentent de meilleures performances pour limiter les défauts de pierre tombale, en particulier avec des pas de composants plus petits et des formulations de pâte à souder plus récentes.

Épaisseur du pochoir

L'épaisseur du pochoir est un autre facteur critique qui influence le démoulage de la pâte à braser et la formation de pierres tombales. Une épaisseur de pochoir allant de 4 à 8 tu (0.1016 mm à 0.2032 mm) est recommandée pour maintenir adéquatement la pâte à souder et faciliter une impression fiable. De plus, l'épaisseur du pochoir doit contenir au moins cinq particules de soudure couvrant la plus petite ouverture pour garantir un transfert de pâte cohérent.

Optimisation du masque de soudure

Épaisseur du masque de soudure

Le masque de soudure L'épaisseur du masque de soudure joue un rôle crucial dans la prévention de l'oxydation et de la formation de « tombstones ». Un masque trop épais peut entraîner la formation de billes de soudure, augmentant ainsi le risque de « tombstones ». Il est donc essentiel de maintenir une épaisseur de masque de soudure appropriée pour obtenir une soudabilité optimale.

Conception de tampon

La conception des plots PCB a un impact significatif sur l'apparition de pierres tombales. S'assurer que les plots couvrent plus de 50 % des bornes du composant et minimiser l'espacement entre les plots peut réduire le risque de formation de pierres tombales pendant le processus de brasage par refusion.

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Placement et orientation des composants

Conductivité thermique équilibrée

Une conductivité thermique inégale à travers le PCB peut contribuer à un effet tombstone. Pour atténuer ce problème, il est essentiel de placer les composants de manière uniforme et de conserver des orientations et des largeurs de trace similaires. Cette approche favorise un chauffage uniforme pendant le processus de refusion, réduisant ainsi le risque de forces de mouillage inégales conduisant à des pierres tombales.

Sélection des composants

La sélection de composants plus petits et plus légers peut contribuer à minimiser l’apparition de pierres tombales. Ces composants sont moins sensibles aux forces de mouillage déséquilibrées causées par une fusion inégale de la pâte à souder ou des variations de conductivité thermique.

Optimisation du processus d'impression de la pâte à souder

Épaisseur et uniformité de la pâte

Assurer une épaisseur et une uniformité constantes de la pâte à souder sur l’ensemble du PCB est crucial pour éviter les pierres tombales. L'étalonnage des machines d'impression de pâte à souder et le maintien des paramètres de processus appropriés, tels que la pression, la vitesse et la séparation de la raclette, peuvent contribuer à obtenir un dépôt uniforme de la pâte.

Formulation de pâte et rhéologie

La formulation et la rhéologie de la pâte à braser peuvent influencer de manière significative son comportement mouillant et sa propension au tombstoning. La sélection d'une pâte à braser présentant de bonnes caractéristiques de brasage et de mouillage, ainsi qu'une charge métallique et une viscosité appropriées, peut aider à atténuer la formation de pierres tombales.

Contrôle du processus de soudage par refusion

Profilage thermique

La mise en œuvre d'un profil thermique bien contrôlé et optimisé pendant le processus de brasage par refusion est essentielle pour éviter les pierres tombales. Une augmentation progressive et uniforme de la température à travers le PCB réduit le risque d'échauffement localisé et de forces de mouillage inégales pouvant conduire à un tombstone.

Étape de préchauffage

Un préchauffage approprié de la surface du PCB est crucial pour minimiser les différences de température significatives qui peuvent entraîner la formation de billes d'étain et leur chute ultérieure. Le maintien d'une température de préchauffage uniforme sur l'ensemble du PCB garantit une fusion constante de la pâte à souder et minimise le risque de forces de mouillage inégales.

Inspection et contrôle qualité

Surveillance en cours de processus

La mise en œuvre de procédures de surveillance et d'inspection en cours de processus peut aider à identifier les problèmes potentiels pouvant conduire à des défauts ouverts ou à des pierres tombales. La surveillance en temps réel du dépôt de pâte à souder, du placement des composants et des profils de refusion peut aider à détecter et à résoudre les anomalies avant qu'elles n'entraînent des assemblages défectueux.

Inspection après assemblage

Il est essentiel d'effectuer des inspections post-assemblage approfondies pour identifier et résoudre tout défaut ouvert ou problème qui aurait pu survenir au cours du processus d'assemblage. L'inspection visuelle, l'inspection optique automatisée (AOI) et les tests électriques peuvent être utilisés pour détecter et rectifier les composants ou les connexions défectueux.

Conclusion

La prévention des défauts ouverts et des pierres tombales lors de l'assemblage des PCB nécessite une approche multiforme qui englobe divers aspects du processus de fabrication. En optimisant la conception des pochoirs, les propriétés du masque de soudure, le placement et la sélection des composants, l'impression de la pâte à souder, les paramètres de brasage par refusion et en mettant en œuvre des mesures robustes d'inspection et de contrôle qualité, les fabricants peuvent réduire considérablement l'apparition de ces défauts et améliorer la fiabilité et la fonctionnalité globales de leurs PCB. assemblées. Une surveillance continue, l'optimisation des processus et le respect des meilleures pratiques de l'industrie sont essentiels pour obtenir des assemblages PCB de haute qualité exempts de défauts ouverts et de pierres tombales.