Wstęp
Podczas procesu produkcyjnego PCBA wiele produktów działa normalnie podczas testów funkcjonalnych. Jednakże po rozdzieleniu panelu, transporcie lub długotrwałym użytkowaniu mogą pojawić się problemy, takie jak pękanie kondensatorów, zimne luty BGA i awarie chipów. Po zbadaniu przyczyn często okazuje się, że wrażliwe komponenty są umieszczone zbyt blisko krawędzi tnącej PCB, co powoduje, że naprężenia mechaniczne są bezpośrednio przenoszone na połączenia lutowane lub same komponenty.
Ten problem jest szczególnie powszechny w przypadku-produktów PCBA o dużej gęstości, takich jak elektronika użytkowa, elektronika samochodowa i urządzenia medyczne. W miarę jak płytki PCB stają się cieńsze, a komponenty mniejsze, odstępy bezpieczeństwa nie są już jedynie problemem konstrukcyjnym, ale bezpośrednio wpływają na niezawodność produktu.
Czym są „wrażliwe komponenty” w PCBA?
W branży produkcyjnej PCBA nie wszystkie komponenty są wrażliwe na naprężenia skrawające. Osoby najbardziej podatne dzielą się głównie na następujące kategorie:
1. Kondensatory ceramiczne MLCC
Najbardziej typowymi wrażliwymi elementami są wielowarstwowe kondensatory ceramiczne. Naprężenia zginające powstające podczas usuwania paneli PCB mogą łatwo spowodować pęknięcia w wewnętrznych warstwach ceramicznych. Chociaż niektóre pęknięcia mogą nie powodować natychmiastowej awarii, będą stopniowo się pogłębiać podczas kolejnego użytkowania.
2. Układy BGA i duże-chipy
Pakiety BGA są bardzo wrażliwe na odkształcenia PCB. Gdy krawędź tnąca znajduje się zbyt blisko krawędzi płytki, zginanie może łatwo spowodować mikro-pęknięcia kulek lutowniczych.
3. Oscylatory kwarcowe i urządzenia MEMS
Komponenty te mają skomplikowaną strukturę wewnętrzną; wstrząs mechaniczny może spowodować przesunięcie częstotliwości lub nieprawidłowości funkcjonalne.
4. Złącza i komponenty-wysokobiegunowe
Złącza znajdujące się blisko krawędzi płytki są podatne na odrywanie podkładek lub pękanie lutu w wyniku naprężeń podczas oddzielania paneli.
Różne metody cięcia wymagają różnych odległości bezpieczeństwa
Wielu inżynierów podczas projektowania PCBA opiera się wyłącznie na jednej wartości empirycznej, ale rzeczywista bezpieczna odległość w dużym stopniu zależy od procesu separacji paneli.
1. Bezpieczne odległości dla usuwania paneli metodą V-Cut
V-Cięcie to metoda usuwania paneli, która wiąże się ze znacznymi naprężeniami mechanicznymi, szczególnie w przypadku ręcznego łamania, podczas którego widoczne jest wygięcie PCB.
Ogólne zalecenia:
- MLCC:Większa lub równa 3 mm od krawędzi V-Cut
- BGA:Większa lub równa 5 mm od krawędzi V-Cut
- Duże złącza:Większa lub równa 5 mm od krawędzi
W przypadku cienkich płytek,-płytek o dużej gęstości lub elektroniki samochodowej odległości te zazwyczaj wymagają dalszego zwiększenia.
2. Depanelowanie dziury stemplowej
Otwory stemplowe generują stosunkowo niskie naprężenia, ale miejscowe uderzenia nadal występują na etapie wykrawania.
Typowe zakresy regulacji:
- Standardowe elementy-do montażu powierzchniowego:Większe lub równe 2 mm
- Kondensatory ceramiczne:Większa lub równa 3 mm
- Komponenty BGA:Większa lub równa 4 mm
3. Depanowanie routera
Depanelacja routera to metoda-o niskim naprężeniu i jest powszechnie stosowana w-niezawodnej produkcji PCBA.
W ramach tego procesu:
- Standardowe elementy można zachować w zakresie 1 mm–2 mm
- Wrażliwe elementy powinny być utrzymywane w odległości 3 mm lub większej
Chociaż usuwanie paneli za pomocą routera jest bardziej-przyjazne dla naprężeń, należy wziąć pod uwagę takie kwestie, jak wibracje narzędzia i pozostałości zadziorów na krawędziach płyty.
Wiele awarii PCBA nie ma miejsca na hali produkcyjnej
Niewystarczające marginesy bezpieczeństwa na krawędziach ciętych często nie ujawniają problemów od razu na etapie umieszczania SMT.
1. Ukryte pęknięcia są trudniejsze do wykrycia
Na płytach MLCC mogą pojawić się mikro-pęknięcia pod wpływem naprężeń. Mogą działać normalnie podczas testów ICT, ale po kilku miesiącach użytkowania przez klienta mogą wykazywać sporadyczne awarie.
2. Podczas transportu i dokręcania śrub w dalszym ciągu kumulują się naprężenia
Komponenty znajdujące się w pobliżu krawędzi płyty są stale poddawane działaniu sił zewnętrznych podczas-montażu zaplecza, wibracji transportowych lub dokręcania śrub.
3. Cykle termiczne powodują propagację pęknięć
W produktach elektroniki samochodowej i sterowaniu przemysłowym PCBA pierwotnie mikroskopijne uszkodzenia strukturalne stopniowo rozszerzają się w warunkach cykli termicznych.
Jest to również jeden z głównych powodów, dla których wiele produktów „spisuje się dobrze w laboratorium, ale przynosi masowe zyski na rynku”.
Jak ograniczyć ryzyko brzegowe na etapie projektowania PCBA?
Naprawdę skuteczne podejście nie polega na czekaniu na anomalie produkcyjne, a następnie przeróbce produktu, ale na proaktywnym ograniczaniu ryzyka na etapie projektowania PCB.
1. Ustanów komponent-stref zamkniętych
Na etapie projektowania płytki PCB zdefiniuj-strefy zamknięte wokół wycięć w kształcie litery V-lub otworów wytłoczonych, aby ograniczyć rozmieszczenie wrażliwych komponentów.
2. Zoptymalizuj orientację panelu
W niektórych projektach produkcyjnych PCBA dostosowanie orientacji panelu może zmniejszyć ścieżkę przenoszenia naprężeń podczas oddzielania paneli.
3. Nadaj priorytet dostosowaniu orientacji MLCC
Jeśli dłuższy bok kondensatora ceramicznego jest prostopadły do linii cięcia, jest on bardziej podatny na pękanie pod wpływem naprężeń. Ułożenie długiego boku równolegle do krawędzi tnącej może znacznie zmniejszyć to ryzyko.
4. Zezwól na większe marginesy w przypadku produktów-o wysokiej niezawodności
W przypadku produktów PCBA do kontroli medycznej, motoryzacyjnej i przemysłowej nie zaleca się jedynie zachowywania minimalnych odstępów wymaganych do „produkcji”. Należy również wziąć pod uwagę długoterminową-niezawodność.
Przeglądy inżynieryjne są bardziej krytyczne niż doświadczenie
Wiele problemów związanych z produkcją PCBA wynika nie z niewiedzy projektantów o wymaganiach dotyczących odstępów, ale z powodu braku systematycznych przeglądów w trakcie realizacji projektu.
Dojrzałe zespoły inżynierów zazwyczaj skupiają się na następujących kwestiach w fazie DFM:
- Odległość pomiędzy wrażliwymi elementami a krawędzią płytki.
- Wpływ metod separacji paneli na rozkład naprężeń.
- Zależność pomiędzy orientacją komponentu i ścieżkami skrawania.
- Czy układ panelu jest zrównoważony.
- Czy istnieją obszary lokalnej koncentracji naprężeń.
Dzięki tym etapom przeglądu można zidentyfikować większość potencjalnych zagrożeń na długo przed rozpoczęciem produkcji pilotażowej.
W produkcji PCBA tak naprawdę na stabilność produktu często nie wpływają skomplikowane procesy, ale te szczegóły, które łatwo przeoczyć. Samo zwiększenie odległości między wrażliwymi komponentami a krawędzią skrawającą o 1 milimetr może czasami zapobiec konieczności późniejszej przeróbki całej partii.
Szybkie faktyo NeoDenie
- Założona w 2010 roku, 200+ pracowników, 27,000+ mkw. fabryka.
- Produkty NeoDen: maszyna PNP serii Smart, NeoDen N10P, NeoDen9, NeoDen K1830, NeoDen4, NeoDen3V, NeoDen7, NeoDen6, TM220A, TM240A, TM245P, piec rozpływowy IN6, IN12, IN12C, drukarka pasty lutowniczej FP2636, PM3040.
- Klienci 10000+ odnoszący sukcesy na całym świecie.
- 30+ Globalni agenci działający w Azji, Europie, Ameryce, Oceanii i Afryce.
- Centrum badawczo-rozwojowe: 3 działy badawczo-rozwojowe z 25+ profesjonalnymi inżynierami badawczo-rozwojowymi.
- Znajduje się na liście CE i posiada 50+ patentów.
- 30+ inżynierowie ds. kontroli jakości i wsparcia technicznego, 15+ starsi pracownicy ds. sprzedaży międzynarodowej, terminowe reagowanie na potrzeby klientów w ciągu 8 godzin, dostarczanie profesjonalnych rozwiązań w ciągu 24 godzin.