Почему контактные площадки SMT отклеиваются во время пайки?

Когда медная контактная площадка отслаивается от платы во время пайки, причиной почти всегда является воздействие тепла, времени и напряжения, преодолевающих прочность соединения, удерживающего медь на ламинате. Отслоение контактных площадок в SMT-компонентах , официально известное как отслоение контактной площадки, происходит, когда слишком сильный нагрев или слишком много циклов перепайки ослабляют это соединение, что часто усугубляется небольшим размером площадки, слабым ламинатом или механическим воздействием. В этом руководстве объясняются реальные факторы, приводящие к отслоению контактных площадок, сгруппированные по материалам, конструкции и технологическим процессам, и предлагаются практические способы предотвращения этого явления.

Что такое отслоившаяся (отвалившаяся) площадка для SMD-компонентов?

Контактная площадка, или «земля», — это участок меди, к которому припаивается компонент. Она соединена с расположенным под ней ламинатом с помощью смоляной системы платы, и это соединение имеет ограниченную прочность.

Надземная площадка против надземной площадки

Когда медь отслаивается от ламината, в результате образуется отслоившаяся площадка, где контактная площадка приподнимается над поверхностью, или, в худшем случае, площадка полностью отслаивается, часто вместе с ней отходит и соединительная дорожка. В любом случае, электрическое соединение нарушается, и плата может стать непригодной для использования без ремонта. Сама медь редко выходит из строя; разрушается соединение с платой.

Почему это важно

Отслоение контактной площадки рассматривается как дефект или состояние, подлежащее регистрации в соответствии с критериями приемки сборки, и может вызывать периодические или обрывы соединений в процессе эксплуатации. Понимание факторов, лежащих в основе этого явления, является первым шагом к созданию плат, которые выдержат как сборку , так и любые последующие доработки.

Поднятые контактные площадки: сквозной монтаж и поверхностный монтаж

Подъем затрагивает оба типа подушек, но их геометрия различается, как и риск.

Контактные площадки поверхностного монтажа имеют меньшую прочность крепления, чем пластинчатые сквозные отверстия, поэтому они могут отклеиваться при меньшем воздействии, именно поэтому анкерные переходные отверстия и контактные площадки каплевидной формы так важны при качественном анализе посадочного места . Сквозные площадки лучше удерживаются корпусом, но при их повреждении часто отрывают и соединительную дорожку. В любом случае, защита одинакова: необходимо контролировать нагрев и время, а также использовать ламинат с достаточной прочностью на отрыв.

Почему прокладки отклеиваются: тепло и время воздействия

Практически все случаи отслоения термопластичных пластин связаны с одним механизмом: связь между медью и ламинатом ухудшается при длительном воздействии высоких температур.

Самый важный принцип заключается в том, что кратковременный контакт с горячим материалом причиняет меньше вреда, чем длительный контакт с материалом, остающимся чуть теплым . Прикладывание паяльника к подложке на несколько секунд передает в соединение гораздо больше тепла, чем быстрое и прочное соединение, даже при более низкой температуре наконечника. Чем дольше медь находится в горячем состоянии, тем сильнее размягчается смола и тем слабее становится соединение, пока подложка не отклеится.

Вот почему техника так же важна, как и оборудование. Чистый, хорошо залуженный наконечник и достаточное количество флюса позволяют припою смочиться за секунду-две, поэтому контактная площадка никогда не подвергается длительному нагреву, который приводит к ее отслоению. Классический путь к отслоению площадки — это попытка увеличить нагрев или время выдержки вместо увеличения количества флюса.

Как материал платы влияет на адгезию подушки

Не все плиты одинаково устойчивы к отслаиванию. Свойства ламината определяют, какое количество тепла может выдержать соединение между плитами до разрушения.

Прочность на отслаивание меди — это свойство, наиболее точно определяющее отрыв, и оно проверяется стандартизированными методами испытаний на прочность на отслаивание. Выбор ламината с достаточной температурой стеклования (Tg) и прочностью на отслаивание для конкретного применения — это решение, принимаемое на этапе изготовления печатных плат , и оно наиболее важно для плат, которые будут подвергаться высоким температурам пайки или доработке. Особое внимание здесь заслуживают конструкции с большим количеством меди и высокими тепловыделениями, например, на подложках с металлическим сердечником.

Факторы конструкции печатной платы, вызывающие отслоение контактных площадок.

Конструкция и способ соединения контактной площадки сильно влияют на то, выдержит ли она пайку. Две контактные площадки на одной плате, одна закрепленная, а другая изолированная, могут вести себя совершенно по-разному.

Размер подушки и крепление

Небольшая изолированная контактная площадка с тонкой дорожкой имеет малую площадь сцепления, препятствующую отслаиванию. Добавление анкерного переходного отверстия, соединяющего контактную площадку с внутренним слоем, или использование каплевидных соединений в местах соприкосновения дорожки с контактной площадкой увеличивает эффективность сцепления и предотвращает отслаивание. Эти особенности наиболее полезны для конструкций с малым шагом выводов и малыми пассивными компонентами, используемых в схемах высокой плотности.

Тепловая разгрузка в самолетах

Нагревать пластину, непосредственно соединенную с большой медной заливкой или заземляющей плоскостью, сложно, поскольку медь отводит тепло. В этом случае оператор дольше и сильнее нагревает пластину, что и приводит к ее отслаиванию. Термореле, соединяющее пластину с плоскостью несколькими узкими спицами, позволяет соединению быстро достичь нужной температуры без длительного нагрева.

Трассировка маршрутизации

Правильное прокладывание хрупкой дорожки таким образом, чтобы она не выдергивалась при перемещении детали, и избегание резких переходов на контактной площадке уменьшают механическую составляющую, связанную с отрывом. Правильный выбор посадочных мест и трассировки – это именно то, что ищет специалист по проектированию с учетом технологичности производства.

Факторы процесса пайки, приводящие к отклеиванию контактных площадок.

Даже на хорошо спроектированной плате, изготовленной из качественного материала, могут отслоиться контактные площадки, если процесс пайки выполнен неправильно.

• Температура железа. Слишком высокая температура напрямую повреждает соединение; слишком низкая температура приводит к более длительному времени выдержки, что также отслаивает подушечки. Установите режим быстрого смачивания.
• Время пребывания. Длительный контакт является основной причиной процесса. Сделайте операцию и двигайтесь дальше.
• Циклы доработки. Каждый повторный нагрев создает дополнительную нагрузку на соединение. Ограничьте количество переделок одного и того же соединения.
• Разогрейте. Предварительный нагрев платы уменьшает термический шок и сокращает время, которое паяльник должен провести на контактной площадке.
• Температурный режим без использования свинца. Бессвинцовые сплавы плавятся при более высоких температурах, поэтому запас прочности до повреждения меньше, и технология имеет большее значение.

Выпаивание особенно опасно, поскольку удаление детали может потребовать многократного нагрева контактной площадки. Использование подходящих инструментов для выпаивания, свежего флюса и минимального нагрева защищает контактную площадку как во время удаления, так и при установке.

Краткое описание причин отслоения SMD-подушечек

Вышеперечисленные факторы можно обобщить в виде краткой диагностической таблицы.

Как предотвратить отклеивание SMD-контактов

Собрав воедино все причины, можно составить короткий и практичный контрольный список.

• Быстро паяйте. Используйте чистый, нагретый наконечник и достаточное количество флюса, чтобы каждая стык формировался за одну-две секунды.
• Ограничьте объем доработок. Избегайте многократного нагревания одной и той же подушечки; спланируйте нагрев так, чтобы все получилось правильно с первого раза.
• Разогрейте доску. Предварительный нагрев особенно сокращает время, необходимое для работы с утюгом, применительно к большим или толстым доскам.
• Укажите качественный материал. Выберите ламинат с достаточной температурой стеклования (Tg) и прочностью на отслаивание меди, чтобы учесть ожидаемые работы по пайке и доработке.
• Спроектируйте подушки так, чтобы они выдерживали испытание временем. Добавьте анкерные переходные отверстия и каплевидные элементы на небольшие площадки, а также теплоотвод на плоских соединениях.
• Обращаться осторожно. Избегайте поддевания или изгибания, которые создают механическое напряжение, и прогревайте чувствительные к влаге платы перед пайкой.

Эти привычки окупаются и в больших масштабах: конструкция, устойчивая к отслоению контактных площадок, более надежна при автоматизированной пайке и любых доработках во время крупносерийной сборки , где стабильность имеет первостепенное значение.

Как отремонтировать отслоившуюся контактную площадку на печатной плате

Если, несмотря на принятые меры предосторожности, контактная площадка отклеивается, его часто можно восстановить, хотя возможности ремонта ограничены.

• Восстановите соединение. Короткий перемычка от вывода компонента к дорожке или расположенному рядом переходному отверстию может восстановить цепь.
• Укрепите подушку. Для фиксации частично приподнятого участка можно использовать клей или эпоксидную смолу, чтобы предотвратить дальнейшее смещение.
• Ознакомьтесь с допустимыми пределами. Поднятая конструкция оценивается по критериям приемки сборки в зависимости от класса, поэтому при выполнении работ, требующих высокой надежности, доска может оказаться непригодной даже после ремонта.

Для прототипа обычно достаточно аккуратного ремонта перемычки. Для серийных или высоконадежных плат отслоение контактной площадки является сигналом к ​​пересмотру материала, посадочного места или процесса пайки, чтобы следующая партия не повторяла эту ошибку.

Получите ценовое предложение на прочные доски.

Отслоение контактных площадок можно предотвратить: паяйте быстро, ограничивайте доработки, выбирайте ламинат с подходящей температурой стеклования (Tg) и прочностью на отслаивание, а также проектируйте небольшие площадки с крепежными элементами. Если все это сделать правильно, отслоившиеся площадки практически исчезнут. Вы можете узнать больше о компании Highleap Electronics и о том, как мы изготавливаем и собираем долговечные платы.

Часто задаваемые вопросы

Почему контактные площадки на SMT-компонентах отклеиваются при пайке?

Поскольку тепло и время ухудшают сцепление медной контактной площадки с ламинатом. Наиболее распространенная причина — слишком долгое нахождение паяльника на площадке; повторная обработка, слабый ламинат, небольшая изолированная площадка или скопление влаги — все это усугубляет ситуацию. Кратковременный контакт с горячим флюсом предотвращает большую часть проблем.

Влияет ли температура железа или время выдержки на увеличение количества отслоений?

Длительное воздействие температуры обычно является основной причиной, хотя слишком высокая температура также напрямую вредит склеиванию. Цель состоит в том, чтобы нагреть паяльник настолько, чтобы он смачивал шов за секунду-две, поэтому прижимная пластина никогда не будет оставаться горячей достаточно долго, чтобы отслоиться. Слишком холодный паяльник имеет обратный эффект, заставляя паяльник дольше контактировать с клеем.

Как материал доски влияет на подъем опорной площадки?

Ламинат с более высокой температурой стеклования меньше размягчается при нагреве, а более высокая прочность на отслаивание меди означает более прочное соединение контактной площадки. Плохо отвержденный материал и впитавшаяся влага отслаиваются гораздо легче. Указание достаточной температуры стеклования и прочности на отслаивание для ожидаемых работ по пайке и доработке снижает риск.

Могут ли изменения в конструкции предотвратить поднятие опорной площадки?

Да. Добавление анкерных переходных отверстий и каплевидных выступов к небольшим площадкам увеличивает площадь склеивания, а соединения с плоскостями, обеспечивающие терморазгрузку, позволяют соединениям быстро нагреваться, а не требовать длительной выдержки. Именно такие габаритные решения проверяются при проектировании с учетом технологичности производства перед началом выпуска.

Почему опорные площадки, соединенные с плоскостями заземления, с большей вероятностью могут оторваться?

Большая медная плоскость отводит тепло от контактной площадки, поэтому оператор прикладывает больше тепла в течение более длительного времени, чтобы расплавить припой, что и приводит к отслоению площадок. Термореле, соединяющее площадку с плоскостью несколькими узкими спицами, позволяет соединению быстро достигать рабочей температуры и предотвращает длительный нагрев.

Чаще ли отслаивается контактная площадка при использовании бессвинцового припоя?

Это возможно, поскольку бессвинцовые сплавы плавятся при более высокой температуре, оставляя меньший запас прочности до повреждения соединения. Правильная технология, достаточное количество флюса, предварительный нагрев и ламинат, рассчитанный на работу с бессвинцовыми сплавами с момента изготовления, помогают компенсировать более высокую температуру.

Можно ли использовать доску с приподнятой подушкой?

Часто да, для прототипа это достигается добавлением перемычки для восстановления соединения и стабилизацией контактной площадки с помощью клея. Для серийных или высоконадежных плат отслоение контактной площадки оценивается по критериям приемки в соответствии с классом и может быть неприемлемым, поэтому это сигнал к исправлению материала, формы или технологического процесса.

Приподнимаются ли контактные площадки для сквозных отверстий так же, как и площадки для поверхностного монтажа?

Оба типа контактных площадок могут отклеиваться, но контактные площадки для сквозного монтажа закреплены металлизированным цилиндром через отверстие, поэтому они лучше противостоят отклеиванию; при их разрушении они часто тянут за собой соединительную дорожку. Контактные площадки для поверхностного монтажа используют только поверхностное соединение, поэтому они отклеиваются легче, именно поэтому анкерные переходные отверстия и каплевидные контактные площадки помогают.

Действительно ли предварительный нагрев платы помогает?

Да. Предварительный нагрев повышает температуру всей платы до температуры пайки, поэтому паяльник выделяет меньше тепла в течение меньшего времени, уменьшая как термический шок, так и время задержки, которое приводит к отслоению контактных площадок. Это особенно полезно для более толстых плат, толстых медных проводников и контактных площадок, соединенных с большими плоскостями.