Dlaczego pady SMT unoszą się podczas lutowania

Odklejanie się miedzianego padu od płytki podczas lutowania jest prawie zawsze spowodowane ciepłem, czasem i naprężeniami, które osłabiają połączenie łączące miedź z laminatem. Odpadanie padu SMT , znane formalnie jako uniesione pole lub uniesiony pad, występuje, gdy zbyt wysoka temperatura lub zbyt wiele cykli naprawczych osłabia to połączenie, często pogarszane przez mały pad, słaby laminat lub siłę mechaniczną. Niniejszy poradnik wyjaśnia rzeczywiste czynniki powodujące odklejanie się padu, podzielone na materiał, konstrukcję i proces, oraz przedstawia praktyczne sposoby zapobiegania temu zjawisku.

Czym jest podniesiona (odpadnięta) podkładka SMD

Pad, czyli pole lutownicze, to fragment miedzi, do którego lutuje się element. Jest on połączony z laminatem znajdującym się pod nim za pomocą żywicy, a to połączenie ma skończoną wytrzymałość.

Podniesiony ląd kontra podniesiona platforma

Kiedy miedź oddziela się od laminatu, powstaje uniesiona powierzchnia, gdzie pad unosi się nad powierzchnią, lub w najgorszym przypadku pad całkowicie się odrywa, często zabierając ze sobą ścieżkę połączeniową. W każdym przypadku połączenie elektryczne zostaje naruszone, a płytka może stać się bezużyteczna bez naprawy. Sama miedź rzadko ulega uszkodzeniu; to połączenie z płytką ulega uszkodzeniu.

Dlaczego jest to ważne

Podniesiona płytka jest traktowana jako wada lub stan wymagający zgłoszenia w ramach kryteriów akceptacji montażu i może powodować przerwy w połączeniach lub przerwy w działaniu w terenie. Zrozumienie czynników leżących u jej podłoża to pierwszy krok do zbudowania płytek, które przetrwają zarówno montaż, jak i wszelkie późniejsze przeróbki.

Podkładki podnoszone: montaż przewlekany a montaż powierzchniowy

Podnoszenie ma wpływ na oba rodzaje podkładek, ale ich geometria i ryzyko są różne.

Pola montowane powierzchniowo mają mniejsze zakotwiczenie niż platerowane otwory przelotowe, więc mogą się unosić z mniejszym obciążeniem, dlatego przelotki i łezki są tak ważne w dobrej ocenie footprintu . Pady przelotowe są lepiej utrzymywane przez tuleję, ale w razie awarii często zabierają ze sobą ścieżkę łączącą. W obu przypadkach obrona jest identyczna: należy kontrolować temperaturę i czas oraz budować na laminacie o odpowiedniej wytrzymałości na odrywanie.

Dlaczego podpaski podnoszą napięcie: ciepło i czas działania

Prawie każdy przypadek odklejania się podkładki ma swoje źródło w jednym mechanizmie: połączenie miedzi z laminatem ulega zniszczeniu, gdy przez dłuższy czas jest zbyt gorąco.

Najważniejszą zasadą jest to, że krótki, gorący kontakt wyrządza mniej szkody niż długi, letni . Przytrzymanie żelazka na podkładce przez kilka sekund wprowadza do połączenia znacznie więcej ciepła niż szybkie, zdecydowane połączenie, nawet przy niższej temperaturze końcówki. Im dłużej miedź pozostaje gorąca, tym bardziej żywica mięknie, a połączenie staje się słabsze, aż do momentu, gdy podkładka puści.

Dlatego technika jest tak samo ważna jak sprzęt. Czysty, dobrze pocynowany grot i wystarczająca ilość topnika pozwalają lutowi zwilżyć się w sekundę lub dwie, dzięki czemu pad nigdy nie jest nagrzewany przez długi czas, który go unosi. Sięgnięcie po więcej ciepła lub więcej czasu na wygrzanie, zamiast dodawania większej ilości topnika, to klasyczny sposób na uniesienie padu.

Jak materiał płytki wpływa na przyczepność podkładki

Nie wszystkie płyty są tak samo odporne na podnoszenie. Właściwości laminatu decydują o tym, ile ciepła może wytrzymać połączenie między płytami, zanim ulegnie uszkodzeniu.

Wytrzymałość na odrywanie miedzi to właściwość, która najbardziej bezpośrednio prognozuje odrywanie i jest weryfikowana za pomocą standardowych metod testowania wytrzymałości na odrywanie. Wybór laminatu o odpowiedniej temperaturze zeszklenia (Tg) i wytrzymałości na odrywanie do danego zastosowania jest decyzją podejmowaną na etapie produkcji PCB i ma największe znaczenie w przypadku płytek, które będą narażone na wysokie temperatury lutowania lub przeróbki. Projekty z dużą zawartością miedzi i wymagające dużej temperatury, takie jak te na podłożach z rdzeniem metalowym , zasługują na szczególną uwagę.

Czynniki konstrukcyjne PCB powodujące podnoszenie się padów

Sposób zaprojektowania i połączenia padu ma duży wpływ na to, czy wytrzyma on lutowanie. Dwa pady na tej samej płytce, jeden zakotwiczony, a drugi odizolowany, mogą zachowywać się zupełnie inaczej.

Rozmiar podkładki i zakotwiczenie

Mały, izolowany pad z cienkim śladem ma niewielką powierzchnię klejenia, która zapobiega jego odrywaniu. Dodanie przelotki kotwiącej, która łączy pad z warstwą wewnętrzną, lub zastosowanie łezek w miejscu styku śladu z padem, zwiększa efektywne wiązanie i zapobiega odrywaniu. Konstrukcje o małym skoku i małym pasywnym wiązaniu, spotykane w układach o dużej gęstości , korzystają z tych cech najbardziej.

Ulga termiczna na samolotach

Podkładka podłączona bezpośrednio do dużej miedzianej wylewki lub płaszczyzny uziemienia jest trudna do podgrzania, ponieważ miedź odprowadza ciepło. Operator przykłada wtedy więcej ciepła przez dłuższy czas, co właśnie podnosi podkładki. Połączenie termiczne, łączące podkładkę z płaszczyzną za pomocą kilku wąskich szprych, pozwala szybko osiągnąć temperaturę połączenia bez długotrwałego nagrzewania.

Śledzenie trasowania

Wytyczenie delikatnego śladu, aby nie został on naciągnięty podczas przenoszenia części, oraz unikanie ostrych przejść przy podkładce, zmniejszają mechaniczny element podnoszenia. Dobre rozmieszczenie i dobór ścieżek, takie jak te, to dokładnie to, czego szuka się w procesie projektowania pod kątem produkcji.

Proces lutowania Czynniki podnoszące pady

Nawet w przypadku dobrze zaprojektowanej płytki drukowanej i dobrego materiału, pady mogą się odklejać, jeśli proces lutowania zostanie wykonany nieprawidłowo.

• Temperatura żelaza. Zbyt wysoka temperatura bezpośrednio uszkadza spoinę; zbyt niska wymusza dłuższe działanie, co również powoduje uniesienie się padów. Szybko ustaw na mokro.
• Czas przebywania. Długotrwały kontakt jest główną przyczyną procesu. Zrób połączenie i idź dalej.
• Cykle przeróbek. Każde ponowne nagrzewanie powoduje naprężenie połączenia. Ogranicz liczbę przeróbek złącza.
• Rozgrzej. Podgrzanie płytki przed użyciem zmniejsza szok termiczny i czas, jaki żelazko musi spędzić na podkładce.
• Temperatury bezołowiowe. Stopy bezołowiowe topią się w wyższych temperaturach, więc margines bezpieczeństwa przed uszkodzeniem jest mniejszy, a technika ma większe znaczenie.

Rozlutowywanie jest szczególnie ryzykowne, ponieważ usunięcie elementu może wiązać się z wielokrotnym nagrzewaniem padu. Użycie odpowiednich narzędzi do rozlutowywania, świeżego topnika i jak najmniej ciepła chroni pad zarówno podczas demontażu, jak i montażu.

Podsumowanie przyczyn unoszenia się padów SMD

Powyższe czynniki można podsumować w postaci szybkiej tabeli diagnostycznej.

Jak zapobiegać podnoszeniu się padów SMD

Zebranie wszystkich przyczyn razem daje krótką, praktyczną listę kontrolną.

• Szybko lutować. Użyj czystej, gorącej końcówki i wystarczającej ilości topnika, aby każde połączenie utworzyło się w ciągu sekundy lub dwóch.
• Ogranicz przeróbki. Unikaj wielokrotnego podgrzewania tego samego podkładu; zaplanuj wykonanie połączenia tak, aby od razu uzyskać pożądany efekt.
• Rozgrzej płytkę. Zwłaszcza w przypadku większych i grubszych desek, podgrzanie wstępne skraca czas potrzebny na prasowanie żelazkiem.
• Podaj dobry materiał. Należy wybrać laminat o odpowiedniej temperaturze zeszklenia (Tg) i wytrzymałości na odrywanie miedzi, odpowiedni do lutowania i przeróbek, których się spodziewamy.
• Zaprojektuj mieszkanie, które pozwoli Ci przetrwać. Dodaj otwory kotwiące i łezki do małych padów oraz ulgę termiczną na połączeniach płaskich.
• Obchodź się z nim delikatnie. Unikaj podważania lub zginania, które powodują naprężenia mechaniczne, a płytki wrażliwe na wilgoć przed lutowaniem należy wygrzać.

Te nawyki przynoszą efekty także w przypadku montażu na dużą skalę: konstrukcja odporna na podnoszenie się padów jest bardziej wytrzymała dzięki automatycznemu lutowaniu i wszelkim przeróbkom podczas montażu wielkoseryjnego , gdzie spójność ma największe znaczenie.

Jak naprawić podniesioną płytkę PCB

Jeśli podkładka mimo środków ostrożności ulegnie podniesieniu, połączenie często da się przywrócić, choć możliwości naprawy mają swoje ograniczenia.

• Ponownie zakotwicz połączenie. Krótki przewód połączeniowy między wyprowadzeniem elementu a ścieżką lub pobliskim przejściem może przywrócić działanie obwodu.
• Ustabilizuj podkładkę. Klej lub żywica epoksydowa mogą utrzymać częściowo uniesione miejsce na miejscu, zapobiegając dalszemu przemieszczaniu się.
• Poznaj granice akceptacji. Podniesiony grunt jest oceniany na podstawie kryteriów akceptacji montażu według klasy, więc w przypadku prac o wysokiej niezawodności płyta może nie zostać zaakceptowana nawet po naprawie.

W przypadku prototypu, czysta naprawa zworek zazwyczaj wystarcza. W przypadku płytek produkcyjnych lub płytek o wysokiej niezawodności, uniesiony pad jest sygnałem do ponownego sprawdzenia materiału, footprintu lub procesu lutowania, aby kolejna partia nie powtórzyła tego błędu.

Uzyskaj wycenę solidnych płyt

Odpadaniu padów można zapobiec: lutuj szybko, ogranicz poprawki, wybierz laminat o odpowiedniej temperaturze topnienia i wytrzymałości na odrywanie oraz zaprojektuj małe pady z elementami mocującymi. Prawidłowe wykonanie tych czynności sprawi, że odstające pady w dużej mierze znikną. Możesz dowiedzieć się więcej o Highleap Electronics i o tym, jak produkujemy i montujemy trwałe płytki.

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego pady SMT odrywają się od podłoża podczas lutowania?

Ponieważ ciepło i czas niszczą połączenie łączące miedziany pad z laminatem. Najczęstszym powodem jest zbyt długie opieranie lutownicy na pad; wielokrotne poprawki, słaby laminat, mała, odizolowana pad lub uwięziona wilgoć pogarszają sytuację. Krótki, gorący kontakt z topnikiem zapobiega w większości przypadków.

Czy temperatura żelazka lub czas prasowania powodują większe podnoszenie?

Zazwyczaj większym problemem jest zbyt długie przebywanie w spoinie, choć zbyt wysoka temperatura również bezpośrednio szkodzi spoiwu. Celem jest rozgrzanie lutownicy do temperatury wystarczającej do zwilżenia spoiny w ciągu sekundy lub dwóch, tak aby pad nigdy nie pozostawał nagrzany wystarczająco długo, aby się uniósł. Zbyt zimne lutowanie powoduje efekt odwrotny do zamierzonego, wymuszając dłuższy kontakt.

Jak materiał płyty wpływa na podnoszenie podkładki?

Laminat o wyższej temperaturze zeszklenia mięknie mniej pod wpływem ciepła, a wyższa wytrzymałość na odrywanie miedzi oznacza, że ​​podkładka jest trwalsza. Słabo utwardzony materiał i wchłonięta wilgoć odklejają się znacznie łatwiej. Określenie odpowiedniej temperatury zeszklenia (Tg) i wytrzymałości na odrywanie dla lutowania i ewentualnych poprawek zmniejsza ryzyko.

Czy zmiany konstrukcyjne mogą zapobiec podnoszeniu się podkładki?

Tak. Dodanie przelotki kotwiącej i łezek do małych padów zwiększa powierzchnię klejenia, a połączenia termoizolacyjne z płaszczyznami pozwalają na szybkie nagrzewanie się połączeń, zamiast wymuszać długie przebywanie w nich. Takie wybory dotyczące powierzchni montażowej to dokładnie to, co weryfikuje się w ramach kontroli projektu pod kątem produkcji przed rozpoczęciem produkcji.

Dlaczego podkładki połączone z płaszczyznami uziemienia są bardziej narażone na unoszenie?

Duża miedziana struga odprowadza ciepło od pola lutowniczego, dzięki czemu operator dostarcza więcej ciepła przez dłuższy czas, aby stopić lut, co powoduje uniesienie pola lutowniczego. Połączenie termiczne, łączące pole lutownicze z strugiem za pomocą kilku wąskich szprych, pozwala na szybkie nagrzanie połączenia i zapobiega długotrwałemu nagrzewaniu.

Czy podnoszenie się padów lutowniczych jest częstsze w przypadku lutowania bezołowiowego?

Może tak być, ponieważ stopy bezołowiowe topią się w wyższej temperaturze, pozostawiając mniejszy margines, zanim wiązanie ulegnie uszkodzeniu. Dobra technika, odpowiedni topnik, podgrzewanie wstępne i laminat przeznaczony do temperatur bezołowiowych już na etapie produkcji pomagają zrekompensować wyższe temperatury.

Czy deska z podniesioną podkładką nadal może być używana?

Często tak w przypadku prototypu, poprzez dodanie przewodu połączeniowego w celu przywrócenia połączenia i ustabilizowanie padu klejem. W przypadku płytek produkcyjnych lub płytek o wysokiej niezawodności, uniesione pole jest oceniane pod kątem kryteriów akceptacji dla danej klasy i może nie zostać zaakceptowane, dlatego jest to sygnał do poprawy materiału, powierzchni lub procesu.

Czy pady przewlekane podnoszą się w ten sam sposób co pady SMT?

Oba typy padów można unosić, ale pady przelotowe są zakotwiczone przez metalowy element w otworze, dzięki czemu lepiej znoszą podnoszenie; gdy zawiodą, często pociągają za sobą ścieżkę łączącą. W przypadku montażu powierzchniowego pola lutownicze opierają się wyłącznie na wiązaniu powierzchniowym, dlatego łatwiej się podnoszą, dlatego pomocne są przelotki kotwiące i łezki.

Czy podgrzewanie płyty naprawdę pomaga?

Tak. Podgrzewanie wstępne podnosi całą płytkę do temperatury lutowania, dzięki czemu lutownica generuje mniej ciepła przez krótszy czas, zmniejszając zarówno szok termiczny, jak i unoszenie padów. Jest to szczególnie przydatne w przypadku grubszych płytek, grubej miedzi i padów połączonych z dużymi płaszczyznami.