L'assemblaggio dei PCB è un processo estremamente complesso, in cui la precisione è sempre fondamentale. Anche la più piccola imperfezione può causare molteplici problemi nell'elettronica. Esistono ancora diversi difetti che possono influire negativamente sul funzionamento dei PCB e sulla loro applicazione in elettronica; uno dei più diffusi è il cosiddetto "PCB tombstone" o "tombstoning". Ma sapete di cosa si tratta? Cosa si dovrebbe fare per evitarlo? Approfondiamo la questione per trovare la risposta.
Cos'è il Tombstone PCB?
Il tombstone del PCB è anche comunemente noto come effetto Manhattan, effetto Stonehenge o effetto ponte levatoio, ed è un difetto di saldatura che si verifica probabilmente durante il processo di assemblaggio dei componenti a montaggio superficiale. Viene chiamato così perché il componente interessato assomiglia a una lapide in un cimitero. Quando si verifica il tombstoning, un'estremità di un componente a montaggio superficiale (spesso una parte passiva come un resistore, un condensatore, ecc.) viene mantenuta sollevata dal Piazzola per PCB, mentre l'altra estremità rimane in posizione saldata. Questo problema si verifica solitamente su alcuni componenti SMT più piccoli. Minori sono le dimensioni, maggiore è il rischio.
7 cause principali di PCB Tombstone
In sostanza, il tombstoning stesso è causato da uno squilibrio nelle forze che agiscono sul componente durante l' processo di saldaturaPer comprendere questo fenomeno, dobbiamo esplorare il concetto di "bagnatura" nel processo di saldatura. La bagnatura si riferisce al processo in cui la lega saldante fusa forma un legame con le superfici metalliche sia del terminale del componente che della piazzola del PCB. In uno scenario ideale, la bagnatura avviene simultaneamente e uniformemente su entrambe le estremità di un componente. Tuttavia, una bagnatura non uniforme può portare al tombstoning. Diversi fattori possono contribuire allo squilibrio che causa il tombstoning:
Profili termici irregolari
I gradienti di temperatura all'interno del PCB possono far sì che un'estremità di un componente si saldi prima dell'altra. Ciò è dovuto alla distribuzione non uniforme del calore nel forno di rifusione o alle variazioni delle caratteristiche termiche del circuito stampato. Materiali della scheda PCB.
Applicazione incoerente della pasta saldante
Quando la quantità di pasta saldante applicata sul pad non è uniforme, la bagnatura non sarà uniforme. La causa di una quantità di pasta saldante non uniforme è solitamente dovuta a una progettazione non corretta dello stencil o a un processo di stampa non corretto.
Problemi di progettazione del pad
Se le dimensioni delle pastiglie non sono compatibili o la loro disposizione non è corretta, è probabile che si sviluppino forze di tensione superficiale diverse. Anche con lievi differenze nelle dimensioni delle pastiglie, è probabile che si verifichino fenomeni di tombstoning, soprattutto quando si tratta di componenti di piccole dimensioni.
Geometria del componente
Alcune forme e dimensioni dei componenti possono essere più soggette a tombstoning a causa delle loro caratteristiche fisiche. Ad esempio, i componenti con design asimmetrico o rapporti d'aspetto maggiori sono solitamente più sensibili.
Proprietà del materiale PCB
Fluttuazioni in conducibilità termica Le variazioni di temperatura trasversali sono una delle principali cause di riscaldamento irregolare. Questo è particolarmente vero nel caso di schede multistrato, che presentano una densità di rame irregolare negli strati interni.
Variazioni della finitura superficiale
Alcune finiture dei PCB influenzano la bagnatura della saldatura. Le finiture HASL (Hot Air Solder Leveling) convenzionali sono più economiche; tuttavia, causano imperfezioni superficiali che favoriscono il tombstoning.
Problemi di posizionamento dei componenti
Il disallineamento dei componenti sul PCB comprometterebbe il processo di saldatura, con conseguenti rischi elevati di tombstone del PCB.
L'impatto del tombstoning dei PCB
Sebbene un componente tombstone possa sembrare un problema di minore entità, le sue conseguenze possono essere gravi e di vasta portata. In primo luogo, comprometterebbe il funzionamento dell'intera elettronica. Quando si verifica il tombstone, si forma un circuito aperto che a sua volta causa un guasto parziale o, nel peggiore dei casi, un guasto completo del dispositivo. In secondo luogo, anche se un componente tombstone mantiene un certo contatto, può causare connessioni intermittenti, con conseguenti prestazioni inaffidabili nel tempo. Infine, individuare e rilavorare il tombstone del PCB non è un'operazione semplice, il che aumenterà i costi e i tempi di produzione.
Come prevenire il problema del tombstone del PCB?
Fortunatamente, esistono diverse strategie che i progettisti e i produttori di PCB possono adottare per ridurre al minimo il rischio di tombstoning:
- Ottimizzare il design del pad: progettare il pad con dimensioni coerenti e assicurarsi che abbiano la giusta spaziatura per ottenere una buona bagnatura della saldatura.
- Ottimizzare il profilo di riflusso: durante il processo di saldatura, è importante controllare le velocità di riscaldamento e raffreddamento per mantenere l'equilibrio termico.
- Migliorare l'applicazione della pasta saldante: utilizzare stencil di alta qualità e ottimizzare il processo di stampa per una deposizione uniforme della pasta.
- Considerare l'orientamento dei componenti: posizionare i componenti sul forno di rifusione in una posizione che sia lungo la direzione di movimento della scheda per garantire un riscaldamento uniforme.
- Utilizzare finiture PCB appropriate: per quei piccoli componenti SMT che sono soggetti a tombstoning, sarebbe meglio scegliere finiture come ENIG, stagno a immersione o OSP che possono fornire superfici più uniformi.
Ulteriori letture: 8 finiture superficiali comuni dei PCB: come scegliere quella giusta?
- Posizionamento preciso dei componenti: assicurati che tutti i componenti siano assemblati con elevata precisione utilizzando macchine pick-and-place avanzate.
- Ottimizza il layout del PCB: negli strati interni, concentrati sulla distribuzione del rame per uniformare la distribuzione del calore. I via termici e le colate di rame bilanciate contribuiranno a distribuire il calore sulla scheda.
Conclusione
Il tombstone dei PCB è ancora un problema che molte aziende produttrici di elettronica si trovano ad affrontare. Con la miniaturizzazione dei dispositivi e l'elevato numero di circuiti, le soluzioni a questo problema sono importanti. Comprendendo le cause del tombstone dei PCB e le relative misure, i produttori possono prevenire o almeno ridurre notevolmente l'incidenza del tombstone.
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