L'assemblage de circuits imprimés est un processus extrêmement complexe, où la précision est primordiale. Même la plus petite imperfection peut entraîner de nombreux problèmes électroniques. De nombreux défauts peuvent encore affecter le fonctionnement des circuits imprimés et leur application en électronique ; l'un des plus répandus est le « PCB Tombstone » ou « Tombstoning ». Mais savez-vous ce que c'est ? Que faire pour éviter ce problème ? Découvrons ensemble la réponse.
Qu’est-ce que la pierre tombale des PCB ?
L'effet tombstone sur les circuits imprimés, également connu sous le nom d'effet Manhattan, Stonehenge ou pont-levis, est un défaut de soudure susceptible de se produire lors de l'assemblage de composants montés en surface. Ce terme est dû au fait que la pièce affectée ressemble à une pierre tombale dans un cimetière. Lors d'un effet tombstone, une extrémité d'un circuit imprimé est endommagée. composant à montage en surface (souvent une pièce passive telle qu'une résistance, un condensateur, etc.) est maintenue soulevée du Tampon PCB, tandis que l'autre extrémité reste soudée. Ce problème survient généralement sur certains composants CMS de petite taille. Plus la taille est petite, plus le risque est élevé.
7 principales causes de chute de PCB
À la base, le tombstoning lui-même est causé par un déséquilibre dans les forces agissant sur le composant pendant le processus de soudurePour comprendre ce phénomène, il est nécessaire d'explorer la notion de « mouillage » dans le processus de soudure. Le mouillage désigne le processus par lequel la soudure fondue forme une liaison avec les surfaces métalliques de la patte du composant et de la pastille du circuit imprimé. Idéalement, le mouillage se produit simultanément et uniformément aux deux extrémités d'un composant. Cependant, un mouillage irrégulier peut entraîner un effet tombstoning. Plusieurs facteurs peuvent contribuer au déséquilibre à l'origine de ce phénomène :
Profils thermiques irréguliers
Les gradients de température au sein du circuit imprimé peuvent provoquer la soudure d'une extrémité d'un composant avant l'autre. Ceci est dû à une répartition irrégulière de la chaleur dans le four de refusion ou à des variations des caractéristiques thermiques du circuit imprimé. Matériaux de carte PCB.
Application incohérente de la pâte à souder
Une quantité de pâte à souder irrégulière appliquée sur la pastille peut entraîner un mouillage irrégulier. Cette irrégularité est généralement due à une mauvaise conception du pochoir ou à un procédé d'impression incorrect.
Problèmes de conception des pads
Si les dimensions des pastilles sont différentes ou si leur disposition est incorrecte, des forces de tension superficielle différentes peuvent se développer. Même avec de légères différences de dimensions, un effet de tombstoning est susceptible de se produire, surtout lorsqu'il s'agit de petites pièces.
Géométrie des composants
Certaines formes et dimensions de composants peuvent être plus sujettes au « tombstoning » en raison de leurs caractéristiques physiques. Par exemple, les composants de conception asymétrique ou présentant des rapports hauteur/largeur plus importants sont généralement plus sensibles.
Propriétés des matériaux PCB
Fluctuations dans conductivité thermique Les variations de température sur toute la carte sont l'une des principales causes d'échauffement irrégulier. Cela est particulièrement vrai pour les cartes multicouches dont les couches internes présentent une densité de cuivre irrégulière.
Variations de finition de surface
Certaines finitions des circuits imprimés influencent le mouillage de la soudure. Les finitions conventionnelles de nivellement de soudure à air chaud (HASL) sont moins chères ; cependant, elles provoquent des imperfections de surface qui favorisent le « tombstoning ».
Problèmes de placement des composants
Un mauvais alignement des pièces sur le PCB affecterait le processus de soudure, ce qui entraînerait des risques élevés de panne du PCB.
L'impact du tombstoning des PCB
Bien qu'un composant tombstone puisse sembler un problème mineur, ses conséquences peuvent être graves et de grande portée. Premièrement, il affecte le fonctionnement de l'ensemble de l'électronique. Un tel phénomène entraîne la formation d'un circuit ouvert, ce qui entraîne une défaillance partielle, voire totale, du dispositif. Deuxièmement, même si un composant tombstone maintient un certain contact, il peut entraîner des connexions intermittentes, ce qui nuit à la fiabilité des performances au fil du temps. Enfin, détecter et retravailler un composant tombstone sur un circuit imprimé n'est pas une tâche aisée et augmente les coûts et les délais de fabrication.
Comment éviter le problème de PCB ?
Heureusement, il existe plusieurs stratégies que les concepteurs et fabricants de circuits imprimés peuvent employer pour minimiser le risque de tombstoning :
- Optimiser la conception des pastilles : Concevoir la pastille avec des tailles cohérentes et s'assurer qu'elles ont un espacement approprié pour obtenir un bon mouillage de la soudure.
- Ajuster le profil de refusion : pendant le processus de soudage, il est important de contrôler les taux de chauffage et de refroidissement pour maintenir l'équilibre thermique.
- Améliorez l'application de la pâte à souder : utilisez des pochoirs de haute qualité et optimisez le processus d'impression pour un dépôt de pâte uniforme.
- Tenez compte de l’orientation des composants : placez les composants sur le four de refusion dans une position qui suit la direction de déplacement de la carte pour assurer un chauffage uniforme.
- Utilisez des finitions PCB appropriées : pour les petits composants SMT sujets au tombstoning, il serait préférable de choisir des finitions comme ENIG, l'étain par immersion ou l'OSP qui peuvent fournir des surfaces plus uniformes.
Pour en savoir plus: 8 finitions de surface PCB courantes : comment choisir la bonne ?
- Affiner le placement des composants : assurez-vous que tous les composants sont assemblés avec une grande précision en utilisant des machines de prélèvement et de placement avancées.
- Optimiser la disposition du PCB : dans les couches internes, privilégiez la répartition du cuivre pour une répartition uniforme de la chaleur. Des vias thermiques et des coulées de cuivre équilibrées favoriseront la répartition de la chaleur dans votre carte.
Conclusion
Le blocage des circuits imprimés reste un problème auquel de nombreux fabricants de composants électroniques sont confrontés. Avec la miniaturisation des appareils et le nombre croissant de circuits, il est crucial de trouver des solutions à ce problème. En comprenant les causes du blocage des circuits imprimés et les mesures correspondantes, les fabricants peuvent prévenir, ou du moins réduire considérablement, ce type de problème.
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