วิธีหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของ PCB ในการประกอบแผงวงจร

ในวงการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)ข้อบกพร่องแบบเปิดและลักษณะคล้ายหลุมฝังศพเป็นปัญหาที่พบได้บ่อย ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ลักษณะคล้ายหลุมฝังศพ หรือที่รู้จักกันในชื่อปรากฏการณ์แมนฮัตตันหรือปรากฏการณ์สโตนเฮนจ์ เกิดขึ้นเมื่อปลายด้านหนึ่งของชิ้นส่วนแบบติดตั้งบนพื้นผิวถูกบัดกรีติดกับแผ่นรองบนแผงวงจรพิมพ์ ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งยังไม่ได้เชื่อมต่อ ทำให้ชิ้นส่วนนั้นตั้งตรงเหมือนหลุมฝังศพ

ในทางกลับกัน ข้อบกพร่องแบบเปิด หมายถึงการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่ไม่สมบูรณ์หรือขาด ซึ่งส่งผลให้วงจรเปิด การแก้ไขข้อบกพร่องเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าชุดประกอบ PCB ทำงานได้อย่างถูกต้อง ในคู่มือที่ครอบคลุมนี้ เราจะเจาะลึกถึงสาเหตุและมาตรการป้องกันเพื่อลดข้อบกพร่องแบบเปิดและหลุมศพระหว่างการประกอบ PCB

บทนำ

ปรากฏการณ์หลุมศพ หรือที่เรียกอีกอย่างว่าหลุมศพ PCB เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อมตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น (MLCC) และ PCB ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อปลายด้านหนึ่งของ MLCC ออกจากพื้นที่เชื่อมและตั้งตรงหรือเอียง ปัญหานี้เกิดจากแรงเปียกที่ไม่สมดุลที่ปลายทั้งสองข้างของ MLCC ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ปัจจัยหลักที่ส่งผลให้แรงไม่สมดุลนี้ ได้แก่:

1. การให้ความร้อนแบบไม่สมมาตร: ปลายทั้งสองข้างของ MLCC ไม่สามารถหลอมละลายได้ในเวลาเดียวกัน ส่งผลให้เกิดแรงตึงผิวไม่สม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการหลอมละลาย
2. การออกแบบแผ่นรองที่ไม่สมเหตุสมผล: การออกแบบแผ่นรองบน ​​PCB อาจส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์หลุมศพได้ หากไม่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าปลายทั้งสองข้างของ MLCC จะเปียกอย่างทั่วถึง

เพื่อบรรเทาปัญหาหลุมศพ จำเป็นต้องรักษาพื้นผิวของ MLCC ให้สะอาดและใส่ใจในการออกแบบแผ่นบน PCB ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบให้แน่ใจว่ากิจกรรมของยาประสานจะไม่ลดลง และ MLCC จะต้องละลายอย่างสม่ำเสมอทั้งสองด้านในระหว่างกระบวนการเชื่อม การนำมาตรการเหล่านี้มาใช้สามารถป้องกันปัญหาหลุมศพได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ได้ผลลัพธ์การผลิตที่ดีขึ้นและลดต้นทุน

วิเคราะห์หาสาเหตุของปรากฎการณ์ PCB Tombstone

ปรากฏการณ์หลุมศพ หรือที่เรียกอีกอย่างว่า หลุมศพ PCB เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการบัดกรีของ MLCC และ PCB และสามารถอธิบายได้จากหลายปัจจัยที่นำไปสู่การยึดเกาะของบัดกรีที่ไม่สม่ำเสมอ การเคลื่อนตัวของ MLCC สามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทหลัก:

การจัดตำแหน่งอัตโนมัติ : ในระหว่างกระบวนการวางชิ้นส่วน หัววางชิ้นส่วนของเครื่องวางชิ้นส่วนจะวางตำแหน่ง MLCC บนแผ่นบัดกรีอย่างรวดเร็วโดยอิงตามพิกัด X และ Y อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความไม่เรียบของแผ่นบัดกรีหรือการเลื่อนของบัดกรี MLCC อาจเบี่ยงเบนไปเป็นมุม (θ) เมื่อข้อต่อบัดกรีทั้งสองละลายพร้อมกัน แรงจุ่มดีบุกที่สม่ำเสมอจะดึง MLCC กลับไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง ทำให้การจัดตำแหน่งถูกต้อง

การเอียง : หากรอยบัดกรีทั้งสองไม่ละลายพร้อมกัน หรือหากแรงจุ่มดีบุกที่จุดทั้งสองแตกต่างกันอย่างมาก แผ่นบัดกรีแผ่นใดแผ่นหนึ่งอาจดึง MLCC ไปในแนวทแยงมากกว่า ทำให้เกิดการเอียงได้

ปรากฏการณ์ "การยกตัวขึ้นเหมือนหลุมฝังศพ" (Tombstoning ): ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อแรงดึงเคลือบดีบุกที่ปลายทั้งสองข้างของ MLCC มีความแตกต่างกันอย่างมาก โดยเฉพาะใน MLCC ขนาดเล็ก แรงตึงผิวอาจทำให้ปลายด้านหนึ่งของ MLCC ถูกดึงขึ้น ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์นี้ขึ้น

เครื่องจักรสำหรับวางตำแหน่งที่ทันสมัยสามารถตรวจสอบและแก้ไขพิกัดทั้ง X และ Y รวมถึงมุม θ ได้ ทำให้เกิดปัญหาการจัดตำแหน่งตัวเองน้อยลง การปรับปรุงความเรียบของสายพานลำเลียงยังช่วยลดการเบี่ยงเบนก่อนการเชื่อมอีกด้วย อย่างไรก็ตาม เพื่อป้องกันการเอียงและการเกิดหลุม จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าจุดบัดกรีหลอมละลายอย่างสม่ำเสมอและมีแรงเปียกที่สมดุลที่ปลายทั้งสองข้างของ MLCC ในระหว่างกระบวนการบัดกรี

มาตรการป้องกันการเกิดหลุมศพใน PCB

ปรากฏการณ์หลุมศพในการประกอบ PCB เป็นปัญหาทั่วไปที่อาจนำไปสู่ปัญหาด้านคุณภาพและความน่าเชื่อถือที่สำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อปลายด้านหนึ่งของส่วนประกอบที่ติดบนพื้นผิว เช่น ตัวต้านทานชิปหรือตัวเก็บประจุ หลุดออกจาก PCB ในระหว่างกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ ซึ่งมีลักษณะคล้ายหลุมศพ ปัญหานี้อาจส่งผลให้เกิดการเปิดทางไฟฟ้า ส่งผลกระทบต่อการทำงานของวงจร และอาจนำไปสู่การทำงานซ้ำหรือการเปลี่ยนส่วนประกอบซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูง

การป้องกันการเกิด "ทอมบ์สตัน" (Tombstoning) บนแผงวงจรพิมพ์ จำเป็นต้องใส่ใจในปัจจัยต่างๆ อย่างรอบคอบ รวมถึงการใช้สารบัดกรี การออกแบบแผ่นรอง การจัดวางชิ้นส่วน และพารามิเตอร์การบัดกรีแบบรีโฟลว์ ด้วยการทำความเข้าใจสาเหตุที่แท้จริงของการเกิดทอมบ์สตันและการนำมาตรการป้องกันมาใช้ ผู้ผลิตสามารถเพิ่มผลผลิตและความน่าเชื่อถือของแผงวงจรพิมพ์ได้เพื่อป้องกันการเกิดทอมบ์สตันบนแผงวงจรพิมพ์ ควรพิจารณาวิธีการต่อไปนี้:

การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบสเตนซิล

ขนาดและรูปร่างของช่องรับแสง

การออกแบบสเตนซิลมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการเกิดหลุมศพระหว่างกระบวนการพิมพ์ด้วยยาประสาน การปรับขนาดและรูปร่างของช่องให้เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าการวางยาประสานจะสม่ำเสมอและให้แรงเปียกที่สมดุลทั้งสองด้านของส่วนประกอบ โดยทั่วไปสเตนซิล Bridged Aperture Entries (BAE) มักได้รับความนิยมมากกว่าสเตนซิล Periphery Opened Ratio (POR) เนื่องจากสเตนซิลเหล่านี้มีประสิทธิภาพที่ดีกว่าในการจำกัดข้อบกพร่องของหลุมศพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับชิ้นส่วนที่มีระยะห่างระหว่างพิทช์ที่เล็กกว่าและสูตรยาประสานแบบใหม่

ความหนาของสเตนซิล

ความหนาของสเตนซิลเป็นอีกปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการปล่อยสารบัดกรีและการก่อตัวของหลุมศพ แนะนำให้ใช้สเตนซิลที่มีความหนาตั้งแต่ 4 ถึง 8 พัน (0.1016 มม. ถึง 0.2032 มม.) เพื่อให้สามารถยึดสารบัดกรีได้อย่างเพียงพอและช่วยให้พิมพ์ได้อย่างน่าเชื่อถือ นอกจากนี้ ความหนาของสเตนซิลควรรองรับอนุภาคบัดกรีอย่างน้อย XNUMX อนุภาคที่ขยายออกจากรูที่เล็กที่สุดเพื่อให้การถ่ายโอนสารบัดกรีมีความสม่ำเสมอ

การเพิ่มประสิทธิภาพหน้ากากประสาน

ความหนาของหน้ากากประสาน

ความหนา ของชั้นเคลือบป้องกันการบัดกรีมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการเกิดรอยบุ๋มบนชิ้นงาน ชั้นเคลือบป้องกันการบัดกรีที่หนาเกินไปอาจทำให้เกิดเม็ดบัดกรี ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดรอยบุ๋ม ดังนั้น การรักษาระดับความหนาของชั้นเคลือบป้องกันการบัดกรีให้เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการบัดกรีที่ดีที่สุด

การออกแบบแผ่นรอง

การออกแบบแผ่น PCB มีผลอย่างมากต่อการเกิดหลุมศพ การทำให้มั่นใจว่าแผ่น PCB ครอบคลุมขั้วต่อของส่วนประกอบมากกว่า 50% และลดระยะห่างระหว่างแผ่น PCB ให้เหลือน้อยที่สุดจะช่วยลดโอกาสที่หลุมศพจะก่อตัวขึ้นระหว่างกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ได้

สำหรับการตัดสินใจด้านการผลิตที่เกี่ยวข้อง Highleap ยังจัดทำเอกสารเกี่ยวกับการผลิต PCBและการประกอบ PCB แบบครบวงจรซึ่งสามารถช่วยป้องกันข้อความที่ไม่ชัดเจนในใบเสนอราคาได้

การวางตำแหน่งและการวางแนวส่วนประกอบ

การนำความร้อนที่สมดุล

การนำความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอบน PCB อาจทำให้เกิดหลุมศพได้ เพื่อบรรเทาปัญหานี้ จำเป็นต้องวางส่วนประกอบให้สม่ำเสมอและรักษาทิศทางและความกว้างของรอยเชื่อมที่คล้ายคลึงกัน วิธีนี้ช่วยให้ความร้อนสม่ำเสมอระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ ลดความเสี่ยงของแรงเปียกที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งอาจทำให้เกิดหลุมศพได้

เลือกชิ้นส่วน

การเลือกชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบากว่าอาจช่วยลดการเกิดหลุมศพได้ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดแรงเปียกที่ไม่สมดุลซึ่งเกิดจากการหลอมละลายของสารบัดกรีที่ไม่สม่ำเสมอหรือการเปลี่ยนแปลงของค่าการนำความร้อน

การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการพิมพ์ด้วยสารบัดกรี

ความหนาและความสม่ำเสมอของแป้ง

การทำให้มั่นใจว่าความหนาของยาบัดกรีมีความสม่ำเสมอทั่วทั้ง PCB ถือเป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการเกิดหลุมศพ การปรับเทียบเครื่องพิมพ์ยาบัดกรีและการรักษาพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสม เช่น แรงกดของไม้ปาด ความเร็ว และการแยก จะช่วยให้ยาบัดกรีเคลือบได้สม่ำเสมอ

การกำหนดสูตรยาและรีโอโลยี

สูตรและรีโอโลยีของน้ำยาบัดกรีสามารถส่งผลต่อพฤติกรรมการเปียกและแนวโน้มที่จะเกิดหลุมศพได้อย่างมาก การเลือกน้ำยาบัดกรีที่มีคุณสมบัติการบัดกรีและการเปียกที่ดี รวมถึงปริมาณโลหะและความหนืดที่เหมาะสม จะช่วยลดการก่อตัวเป็นหลุมศพได้

การควบคุมกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์

โปรไฟล์ความร้อน

การนำโปรไฟล์ความร้อนที่ควบคุมได้ดีและเหมาะสมมาใช้ในระหว่างกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ถือเป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการเกิดหลุมศพ การเพิ่มอุณหภูมิอย่างค่อยเป็นค่อยไปและสม่ำเสมอทั่วทั้ง PCB จะช่วยลดความเสี่ยงของความร้อนเฉพาะที่และแรงเปียกที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งอาจทำให้เกิดหลุมศพได้

ขั้นตอนการอุ่นเครื่อง

การอุ่นพื้นผิว PCB อย่างเหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อลดความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดเม็ดดีบุกและหลุมศพตามมา การรักษาอุณหภูมิอุ่นพื้นผิว PCB ให้สม่ำเสมอจะช่วยให้สารบัดกรีละลายอย่างสม่ำเสมอและลดความเสี่ยงของแรงเปียกที่ไม่สม่ำเสมอ

การตรวจสอบและควบคุมคุณภาพ

การตรวจสอบในกระบวนการ

การนำขั้นตอนการตรวจสอบและติดตามในกระบวนการมาใช้สามารถช่วยระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นซึ่งอาจนำไปสู่ข้อบกพร่องหรือหลุมศพได้ การตรวจสอบการสะสมของยาประสาน การวางชิ้นส่วน และโปรไฟล์การรีโฟลว์แบบเรียลไทม์สามารถช่วยตรวจจับและแก้ไขความผิดปกติได้ก่อนที่จะส่งผลให้ชิ้นส่วนมีข้อบกพร่อง

การตรวจสอบหลังการประกอบ

การตรวจสอบหลังการประกอบอย่างละเอียดถือเป็นสิ่งสำคัญในการระบุและแก้ไขข้อบกพร่องหรือหลุมศพที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการประกอบ การตรวจสอบด้วยสายตา การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ (AOI) และการทดสอบไฟฟ้า สามารถนำมาใช้เพื่อตรวจจับและแก้ไขส่วนประกอบหรือการเชื่อมต่อที่มีข้อบกพร่อง

สรุป

การป้องกันข้อบกพร่องและหลุมศพระหว่างการประกอบ PCB ต้องใช้แนวทางหลายแง่มุมที่ครอบคลุมถึงด้านต่างๆ ของกระบวนการผลิต โดยการปรับปรุงการออกแบบสเตนซิล คุณสมบัติของหน้ากากประสาน การจัดวางและการเลือกส่วนประกอบ การพิมพ์ด้วยยาประสาน การบัดกรีแบบรีโฟลว์ และการนำมาตรการตรวจสอบและควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดมาใช้ ผู้ผลิตสามารถลดการเกิดข้อบกพร่องเหล่านี้ได้อย่างมีนัยสำคัญ และปรับปรุงความน่าเชื่อถือและการใช้งานโดยรวมของชุดประกอบ PCB ของตน การตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ และการปฏิบัติตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุชุดประกอบ PCB คุณภาพสูงที่ปราศจากข้อบกพร่องและหลุมศพ