Hoe u defecten aan PCB-grafstenen bij de montage van printplaten kunt voorkomen

Op het gebied van PCB-montage, open defects and tombstones are commonly encountered issues that can significantly impact the functionality and reliability of electronic devices. Tombstoning, also known as the Manhattan effect or the Stonehenge effect, occurs when one end of a surface mount component is soldered to the PCB pad while the other end remains unattached, causing the component to stand upright like a tombstone.

Open defecten verwijzen daarentegen naar onvolledige of verbroken elektrische verbindingen, wat resulteert in open circuits. Het aanpakken van deze defecten is van cruciaal belang om de goede werking van PCB-assemblages te garanderen. In deze uitgebreide gids duiken we in de oorzaken en preventieve maatregelen om open defecten en tombstones tijdens PCB-assemblage te verminderen.

Introductie

Het tombstone-fenomeen, ook wel PCB-tombstone genoemd, wordt waargenomen tijdens het lasproces van meerlaagse keramische condensatoren (MLCC's) en PCB's. Het treedt op wanneer één uiteinde van de MLCC het lasgebied verlaat en rechtop staat of schuin staat. Dit probleem wordt voornamelijk veroorzaakt door een onevenwichtige bevochtigingskracht aan beide uiteinden van de MLCC tijdens het lasproces. De belangrijkste factoren die bijdragen aan deze onevenwichtige kracht zijn onder meer:

1. Asymmetrische verwarming: Beide uiteinden van de MLCC kunnen niet tegelijkertijd worden gesmolten, wat leidt tot ongelijkmatige oppervlaktespanning tijdens het smeltproces.
2. Onredelijk padontwerp: Het padontwerp op de PCB kan bijdragen aan het tombstone-fenomeen als het niet op de juiste manier is ontworpen om een ​​gelijkmatige bevochtiging van beide uiteinden van de MLCC te garanderen.

Om het tombstone-fenomeen te verminderen, is het essentieel om het oppervlak van de MLCC schoon te houden en aandacht te besteden aan het padontwerp op de PCB. Dit houdt onder meer in dat ervoor wordt gezorgd dat de activiteit van de soldeerpasta niet wordt verzwakt en dat de MLCC tijdens het lasproces aan beide uiteinden gelijkmatig smelt. Door deze maatregelen te implementeren kan het tombstone-fenomeen effectief worden voorkomen, wat leidt tot betere productieresultaten en lagere kosten.

Analyse van de oorzaak van het PCB-grafsteenfenomeen

Het tombstone-fenomeen, ook bekend als PCB-tombstone, wordt waargenomen tijdens het soldeerproces van MLCC's en PCB's en kan worden toegeschreven aan verschillende factoren die leiden tot een ongelijkmatige soldeerhechting. De beweging van MLCC's kan worden onderverdeeld in drie hoofdtypen:

Zelfuitlijning: Tijdens het plaatsingsproces positioneert de plaatsingskop van de plaatsingsmachine de MLCC snel op de soldeerpastapads op basis van X- en Y-coördinaten. Als gevolg van oneffenheden in de pads of het verschuiven van soldeerpasta kan de MLCC echter een hoek (θ) afwijken. Wanneer beide soldeerverbindingen tegelijkertijd smelten, trekt de uniforme tindompelkracht de MLCC terug naar de juiste positie, waardoor de uitlijning wordt gecorrigeerd.

Scheeftrekken: Als de twee soldeerverbindingen niet tegelijkertijd smelten of als de tindompelkrachten op de twee punten aanzienlijk verschillen, kan een van de soldeervlakken de MLCC meer diagonaal trekken, waardoor deze scheef gaat trekken.

Grafstenen: Dit gebeurt wanneer er een significant verschil is in de tindompelkrachten aan beide uiteinden van de MLCC, vooral in kleinere MLCC's. De oppervlaktespanning kan ervoor zorgen dat één uiteinde van de MLCC omhoog wordt getrokken, wat resulteert in het grafsteenfenomeen.

Moderne plaatsingsmachines kunnen zowel de X- en Y-coördinaten als de θ-hoek bewaken en corrigeren, waardoor het optreden van zelfuitlijningsproblemen wordt verminderd. Verbeteringen in de gladheid van de transportband hebben ook de doorbuiging vóór het lassen tot een minimum beperkt. Om scheeftrekken en tombstoneing te voorkomen, is het echter van cruciaal belang ervoor te zorgen dat de soldeerverbindingen gelijkmatig smelten en dat er tijdens het soldeerproces een evenwichtige bevochtigingskracht is aan beide uiteinden van de MLCC.

Maatregelen om grafstenen te voorkomen vonden plaats in PCB

Het tombstone-fenomeen bij PCB-assemblage is een veelvoorkomend probleem dat kan leiden tot aanzienlijke kwaliteits- en betrouwbaarheidsproblemen bij elektronische apparaten. Het treedt op wanneer het ene uiteinde van een op het oppervlak gemonteerd onderdeel, zoals een chipweerstand of condensator, tijdens het reflow-soldeerproces van de printplaat loskomt, wat lijkt op een grafsteen. Dit probleem kan leiden tot elektrische onderbrekingen, waardoor de functionaliteit van het circuit wordt aangetast en mogelijk kan leiden tot kostbare herbewerking of vervanging van componenten.

Het voorkomen van tombstoneing vereist zorgvuldige aandacht voor verschillende factoren, waaronder het aanbrengen van soldeerpasta, het padontwerp, de plaatsing van componenten en de reflow-soldeerparameters. Door de grondoorzaken van tombstones te begrijpen en preventieve maatregelen te implementeren, kunnen fabrikanten de opbrengst en betrouwbaarheid van hun PCB-assemblages verbeteren. Om PCB-tombstoneing te voorkomen, kunt u de volgende methoden overwegen:

Optimalisatie van stencilontwerp

Diafragmagrootte en vorm

Het stencilontwerp speelt een cruciale rol bij het voorkomen van grafstenen tijdens het printproces van soldeerpasta. Het optimaliseren van de grootte en vorm van de opening is essentieel om een ​​uniforme afzetting van soldeerpasta te garanderen en evenwichtige bevochtigingskrachten aan beide uiteinden van het onderdeel te bereiken. Bridged Aperture Entries (BAE)-stencils hebben over het algemeen de voorkeur boven Periphery Opened Ratio (POR)-stencils, omdat ze betere prestaties vertonen bij het beperken van tombstone-defecten, vooral bij kleinere componentafstanden en nieuwere soldeerpastaformuleringen.

Stencil dikte

De dikte van het sjabloon is een andere kritische factor die de afgifte van soldeerpasta en de vorming van grafstenen beïnvloedt. Een sjabloondikte variërend van 4 tot 8 duizend (0.1016 mm tot 0.2032 mm) wordt aanbevolen om de soldeerpasta voldoende vast te houden en betrouwbaar afdrukken te vergemakkelijken. Bovendien moet de stencildikte ten minste vijf soldeerdeeltjes bevatten die de kleinste opening overspannen om een ​​consistente pasta-overdracht te garanderen.

Optimalisatie van soldeermaskers

Dikte soldeermasker

De soldeer masker thickness plays a crucial role in preventing oxidation and tombstoning. An excessively thick solder mask can lead to the formation of solder beads, increasing the risk of tombstones. Therefore, it is essential to maintain an appropriate solder mask thickness to achieve optimal solderability.

Pad-ontwerp

Het ontwerp van de PCB-pads heeft een aanzienlijke invloed op het voorkomen van grafstenen. Door ervoor te zorgen dat de pads meer dan 50% van de aansluitingen van de component bedekken en de afstand tussen de pads te minimaliseren, kan de kans op grafsteenvorming tijdens het reflow-soldeerproces worden verminderd.

Voor gerelateerde productiebeslissingen documenteert Highleap ook de benodigde documentatie. productie PCB-fabricage en kant-en-klare PCB-assemblageDit kan helpen om onduidelijke opmerkingen in het offertepakket te voorkomen.

Componentplaatsing en -oriëntatie

Evenwichtige thermische geleidbaarheid

Een ongelijkmatige thermische geleidbaarheid over de PCB kan bijdragen aan tombstoneing. Om dit probleem te verhelpen, is het essentieel om componenten gelijkmatig te plaatsen en vergelijkbare oriëntaties en traceerbreedtes te behouden. Deze aanpak bevordert een uniforme verwarming tijdens het reflow-proces, waardoor het risico op ongelijke bevochtigingskrachten die tot grafstenen leiden, wordt verminderd.

Component Selection

Het selecteren van kleinere en lichtere componenten kan het optreden van grafstenen helpen minimaliseren. Deze componenten zijn minder gevoelig voor onevenwichtige bevochtigingskrachten veroorzaakt door ongelijkmatig smelten van soldeerpasta of variaties in thermische geleidbaarheid.

Optimalisatie van het printproces van soldeerpasta

Pastadikte en uniformiteit

Het garanderen van een consistente dikte en uniformiteit van de soldeerpasta over de PCB is van cruciaal belang om tombstones te voorkomen. Het kalibreren van soldeerpasta-drukmachines en het handhaven van de juiste procesparameters, zoals rakeldruk, snelheid en scheiding, kunnen bijdragen aan het bereiken van een uniforme pasta-afzetting.

Pastaformulering en reologie

De formulering en reologie van de soldeerpasta kunnen het bevochtigingsgedrag en de neiging tot tombstoneing aanzienlijk beïnvloeden. Het selecteren van een soldeerpasta met goede soldeer- en bevochtigingseigenschappen, evenals de juiste metaalbelasting en viscositeit, kan grafsteenvorming helpen verminderen.

Reflow-soldeerprocescontrole

Thermische profilering

Het implementeren van een goed gecontroleerd en geoptimaliseerd thermisch profiel tijdens het reflow-soldeerproces is essentieel om tombstones te voorkomen. Een geleidelijke en uniforme temperatuurstijging over de PCB vermindert het risico op plaatselijke verwarming en ongelijkmatige bevochtigingskrachten die tot tombstones kunnen leiden.

Fase voorverwarmen

Een goede voorverwarming van het PCB-oppervlak is van cruciaal belang om significante temperatuurverschillen te minimaliseren die kunnen resulteren in de vorming van tinnen kralen en daaropvolgende tombstones. Het handhaven van een uniforme voorverwarmingstemperatuur over de PCB zorgt voor een consistente smelting van de soldeerpasta en minimaliseert het risico van ongelijkmatige bevochtigingskrachten.

Inspectie en kwaliteitscontrole

Controle tijdens het proces

Het implementeren van monitoring- en inspectieprocedures tijdens het proces kan helpen bij het identificeren van potentiële problemen die kunnen leiden tot open defecten of grafstenen. Real-time monitoring van de afzetting van soldeerpasta, plaatsing van componenten en reflow-profielen kan helpen bij het opsporen en aanpakken van afwijkingen voordat deze resulteren in defecte assemblages.

Inspectie na de montage

Het uitvoeren van grondige inspecties na de montage is essentieel om eventuele open defecten of grafstenen die tijdens het montageproces zijn opgetreden, te identificeren en aan te pakken. Visuele inspectie, geautomatiseerde optische inspectie (AOI) en elektrische tests kunnen worden gebruikt om defecte componenten of verbindingen te detecteren en te corrigeren.

Conclusie

Het voorkomen van open defecten en grafstenen tijdens PCB-assemblage vereist een veelzijdige aanpak die verschillende aspecten van het productieproces omvat. Door het stencilontwerp, de eigenschappen van het soldeermasker, de plaatsing en selectie van componenten, het printen van soldeerpasta, reflow-soldeerparameters en het implementeren van robuuste inspectie- en kwaliteitscontrolemaatregelen te optimaliseren, kunnen fabrikanten het optreden van deze defecten aanzienlijk verminderen en de algehele betrouwbaarheid en functionaliteit van hun PCB's verbeteren. assemblages. Continue monitoring, procesoptimalisatie en het naleven van de beste praktijken uit de industrie zijn van cruciaal belang voor het realiseren van hoogwaardige PCB-assemblages die vrij zijn van open defecten en grafstenen.