Technologie de montage en surface (SMT)est utilisé dans la fabrication électronique moderne pour permettre une conception de circuits compacts et un assemblage automatisé à grande vitesse. Néanmoins, plus la taille des composants est réduite et plus la densité de la carte est élevée, plus la probabilité de défauts d’assemblage augmente. Le « tombstoning » des PCB, également connu sous le nom d’effet Manhattan, est l’un des défauts les plus fréquents du brasage par refusion. Il se produit lorsqu’un minuscule composant monté en surface se soulève d’un côté et se dresse verticalement sur un pad au cours du brasage. Bien que ce défaut concerne une pièce de très petite taille, il peut provoquer des circuits ouverts, réduire la fiabilité du produit et entraîner des coûts de retouche plus élevés. Il est nécessaire de veiller à bien comprendre les raisons du tombstoning, ainsi que les méthodes permettant de l’éviter afin d’obtenir une stabilitéAssemblage de PCBet un rendement de fabrication élevé.
Qu’est-ce que l’effet « tombstoning » sur les PCB ?
Le phénomène de « tombstoning » sur les circuits imprimés est un défaut de soudure dans lequel une borne d’un composant monté en surface se détache du pad tandis que l’autre reste soudée, ce qui a pour effet de placer le composant dressé sur son extrémité comme une pierre tombale. Ce défaut se produit généralement lors de la phase de refusion de l’assemblage SMT lorsque lepâte à braserfusionne et forme des forces de mouillage des deux côtés d’un composant. Lorsque ces forces sont équilibrées, le composant est plat. Comme les forces ne sont pas égales, le côté le plus fort agit en tirant le composant vers le haut.
Ce problème est le plus courant avec les petits composants passifs tels que les résistances chip, les condensateurs céramiques multicouches et les inductances miniatures. Les boîtiers tels que 0201 et 0402 sont particulièrement sensibles, car leur faible poids permet à la tension de surface de faire pivoter le composant avant que la seconde brasure ne se forme.
Le processus de formation de tombstones pendant le refusion
La pâte à braser sur les pastilles du PCB est fondue lors du brasage par refusion afin de créer des liaisons métallurgiques entre les terminaux des composants et les pastilles. Idéalement, les deux joints atteignent presque simultanément le point de fusion. Si un côté fond plus tôt, la brasure en fusion génère une force de mouillage plus importante, qui attire le composant vers cette pastille. Le composant pivote et se retrouve en position verticale si l’autre côté n’a pas encore refondu. Ce déséquilibre peut être causé par plusieurs facteurs de procédé et de conception.
Principales causes de l’effet « tombstone » sur les PCB
L’une des principales causes estdépôt de pâte à braser irrégulier. Lorsque le plot contenant plus de pâte est imprimé au pochoir, la brasure en fusion qui en résulte exercera une tension de surface plus forte sur ce plot.
Le tombstoning peut également être causé pardéséquilibre thermique pendant la refusionUne répartition non uniforme du cuivre, un grand plan de masse relié à une seule pastille ou un champ de température non synchronisé peuvent entraîner le chauffage d’une jonction plus rapidement que l’autre.
Le risque est encore accru parproblèmes de conception de pastilles. Des volumes de soudure inégaux ou un comportement de chauffage différent peuvent se produire avec des pastilles de tailles, d’espacements ou de connexions en cuivre différents.
Un autre facteur estmauvais placement des pièces. Lorsque le composant n’est pas positionné au centre des pastilles, la soudure d’un côté peut accrocher la terminaison et tirer le composant vers le haut.
Mêmeconditions matériellessont importants. La vitesse de mouillage est affectée par l’activité du flux, la viscosité de la pâte à braser etFinitions de surface des PCB. L’adhérence de la soudure peut ne pas être possible en raison de la contamination, de l’oxydation ou de conditions de stockage inappropriées.
Effets du phénomène de tombstoning sur l’assemblage des circuits imprimés
L’effet de tombstoning influence l’efficacité des performances électriques et de la fabrication. Le composant crée un circuit ouvert et l’appareil ne peut pas fonctionner correctement parce que l’une de ses bornes n’est pas connectée. Dans d’autres cas, un contact partiel génère des signaux intermittents, qui sont difficiles à diagnostiquer.
Les défauts rendent également la production coûteuse. Les cartes présentant un effet « tombstone » doivent être vérifiées, réparées ou remplacées, ce qui réduit le débit et diminue le rendement de fabrication.
Mesures de prévention appropriées
Collaboration étroite entreFabrication de circuits imprimés, substances, et la supervision du processus d’assemblage est nécessaire pour assurer une prévention efficace.
L’un des facteurs les plus importants estconception de pastille équilibréeLes pastilles doivent être de taille et d’espacement identiques, et les deux bornes doivent pouvoir recouvrir suffisamment la pastille afin que le mouillage soit stable.
Impression stable de pâte à braserest également essentiel. Une épaisseur de pochoir adéquate, une conception appropriée des ouvertures et un contrôle fréquent du pochoir sont utilisés pour obtenir un volume égal de soudure sur chaque pastille.
Un profil de refusion bien contrôlépermet aux joints de fondre simultanément. Un démarrage lent, une zone de trempe constante et une température de pointe correcte minimisent les variations thermiques sur l’ensemble du PCB.
Prise et dépose précisesréduit encore davantage le risque d’effet « tombstone ». L’étalonnage de la machine, une pression de buse correcte et une vitesse de placement optimale sont utilisés pour maintenir les composants centrés sur leurs pastilles.
Une autre étape est lanettoyage des matériauxLe nettoyage des pastilles et des broches des composants en éliminant la poussière, les huiles et l’oxydation améliore le mouillage de la soudure et la fiabilité des joints.
Les composants obsolètes peuvent être détectés plus tôt dans le processus de production en utilisanttechnologies d’inspection, y compris des systèmes d’inspection optique automatisée et de rayons X afin de garantir que des mesures correctives soient prises rapidement.
Améliorations supplémentaires des processus
Des améliorations supplémentaires des procédés peuvent encore réduire le phénomène de tombstoning dans les assemblages à haute densité. Pour obtenir une masse thermique comparable dans les composants actifs, les ingénieurs peuvent estimer l’équilibre de cuivre autour des composants passifs. Des vitesses de chauffage inégales lors de la refusion peuvent être compensées en ajoutant des structures de décharge thermique ou en modifiant la largeur des pistes. On peut également s’en servir pour prédire d’éventuels déséquilibres de mouillage aux premiers stades de la production à l’aide d’outils de simulation et de revues de conception, ce qui permet aux concepteurs de corriger les empreintes ou les espacements dès les phases initiales de développement.
La surveillance des procédés et la formation sont également utiles. Pendant la production, l’alignement des pochoirs, l’état de la pâte et la précision du placement doivent aussi être vérifiés à intervalles réguliers par les opérateurs. Les contrôles de la température du four et de la vitesse du convoyeur garantissent que le profil de refusion reste cohérent d’un lot à l’autre. Ces contrôles, associés à des matériaux réguliers et à une conception prudente des PCB, permettent de former des joints de soudure équilibrés et réduisent considérablement la probabilité de soulèvement des composants pendant la refusion. Avec une conception appropriée, un contrôle de procédé rigoureux et un support de fabrication adapté, les entreprises d’électronique peuvent maîtriser le phénomène de « tombstoning » et assurer la constance de la qualité des assemblages de PCB actuels.
Avec la miniaturisation croissante et la complexité accrue des produits électroniques, la question des défauts d’assemblage tels que l’effet « tombstone » devient plus critique. Cette défaillance est généralement due à des forces de mouillage déséquilibrées résultant d’une pâte à braser inégale, de variations thermiques, de problèmes de conception des pastilles ou d’erreurs de placement. Grâce à une conception appropriée du PCB, à une impression de pochoir de haute qualité, à l’optimisation du profil de refusion et à un contrôle strict du procédé, les fabricants peuvent considérablement réduire l’apparition de ces défauts de type « tombstone » et améliorer la fiabilité globale du produit.
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Ressources utiles
•Fabrication de pochoirs au laser
•Vérification DFM gratuite
•Directives pour le procédé de brasage par refusion
•Inspection optique automatisée (AOI)
