ข้อบกพร่องทั่วไปของ SMT และวิธีหลีกเลี่ยง

SMT เป็นโครงสร้างพื้นฐานหลักของอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ช่วยให้สามารถบรรจุชิ้นส่วนได้หนาแน่นและลดขนาดรูปแบบของอุปกรณ์ ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของอุปกรณ์ยุคปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม กระบวนการบัดกรีใน SMT มีความซับซ้อนโดยเนื้อแท้ โดยขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ที่แม่นยำระหว่างการออกแบบ วิทยาศาสตร์วัสดุ และพลวัตทางความร้อน ความซับซ้อนนี้ทำให้กระบวนการเปิดช่องให้เกิดข้อบกพร่องหลายประเภท ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณภาพและความน่าเชื่อถือในระยะยาวของชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์

การผลิตที่ให้ผลผลิตสูงและปราศจากข้อบกพร่องมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อพวกเขา นั่นหมายถึงการใส่ใจในรายละเอียดอย่างพิถีพิถันและการดำเนินการเชิงรุกเพื่อให้สามารถควบคุมได้ตลอดทั้งกระบวนการ ตั้งแต่การออกแบบเริ่มต้นไปจนถึงการตรวจสอบขั้นสุดท้าย บทความต่อไปนี้กล่าวถึงข้อบกพร่อง SMT ที่สำคัญที่สุด อธิบายรากเหง้าของสาเหตุเหล่านั้น และอธิบายวิธีการที่มีความมั่นคงและเป็นมืออาชีพบางประการเพื่อให้มั่นใจถึงผลลัพธ์การผลิตที่ดีที่สุด

ข้อบกพร่องหลักของ SMT และสาเหตุ

ปัญหาส่วนใหญ่ใน SMT เกิดจากความไม่สอดคล้องกันในปริมาณและตำแหน่งของครีมประสานบัดกรี.

การเชื่อมประสานลัดวงจร (ช็อต)นี่คือการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ไม่ได้ตั้งใจระหว่างตัวนำที่อยู่ติดกัน ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการพิมพ์ครีมบัดกรีมากเกินไป สาเหตุอื่น ๆ ได้แก่ การไหลบวมของครีมบัดกรีหรือระยะห่างแผ่นรองบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ไม่เพียงพอ

Tombstoning (ปรากฏการณ์แมนฮัตตัน):ข้อบกพร่องนี้เกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนชิปขนาดเล็กตั้งขึ้นในแนวตั้งบนด้านใดด้านหนึ่ง เนื่องจากแรงบัดกรีหลอมเหลวไม่สมดุล โดยปกติจะเกิดจากการให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอบนแผ่นรองทั้งสองด้าน หรือปริมาณครีมประสานที่ไม่เท่ากัน

บัดกรีไม่เพียงพอ/ข้อต่อเปิดโดยทั่วไปแล้วจะทำให้การเชื่อมต่ออ่อนแอลงหรือไม่สามารถเชื่อมต่อได้เลย ซึ่งมักเกิดจากปริมาณครีมประสานที่ไม่เพียงพอเนื่องจากช่องเปิดของสเตนซิลอุดตันหรือการบัดกรีที่ไม่ดีการออกแบบลายฉลุ. ความไม่เป็นระนาบของขาอุปกรณ์เป็นปัจจัยหนึ่งที่ก่อให้เกิดปัญหา

การเกิดลูกประสานและการเกิดเม็ดประสานอนุภาคบัดกรีขนาดเล็กและมีลักษณะกลมเหล่านี้มักเกิดจากความชื้นปนเปื้อนในครีมบัดกรี ซึ่งทำให้เกิดการกระเด็นในช่วงเริ่มต้นของการให้ความร้อน หรือเกิดจากปริมาณครีมบัดกรีที่มากเกินไป ทำให้เกิดเม็ดบัดกรีตามขอบของชิ้นส่วน

ข้อต่อบัดกรีเย็น:ข้อบกพร่องประเภทนี้มีลักษณะผิวหม่นและเป็นเม็ดละเอียด แสดงให้เห็นถึงความล้มเหลวในการสร้างพันธะทางโลหะวิทยาที่เหมาะสม เนื่องจากความร้อนไม่เพียงพอระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ หรือการเกิดออกซิเดชันบนแผ่นรองบัดกรีและขาของชิ้นส่วน

ช่องว่างในรอยบัดกรีช่องอากาศภายในเหล่านี้จะทำให้ข้อต่ออ่อนแอลงและลดประสิทธิภาพทางความร้อน โดยมักเกิดจากการกักเก็บฟลักซ์หรือสารระเหยที่ระเหยออกในระหว่างกระบวนการรีโฟลว์

ข้อบกพร่อง HiP:ลูกบัดกรีของชิ้นส่วน BGAแยกตัวออกจาก “หมอน” ของครีมประสานบนแผ่นแพด ซึ่งพบได้ค่อนข้างบ่อยในชิ้นส่วน BGA เนื่องจากการโก่งตัวของชิ้นส่วนหรือแผ่น PCB หรือการเกิดออกซิเดชันบนลูกบอลของชิ้นส่วน

การเยื้องศูนย์ของส่วนประกอบข้อบกพร่องนี้เกิดขึ้นจากการวางตำแหน่งของชิ้นส่วนบนแผ่นรองของมันไม่ถูกต้อง โดยส่วนใหญ่มักเกิดจากความคลาดเคลื่อนของเครื่องจัดวางชิ้นส่วน (pick-and-place machine) หรือการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนระหว่างกระบวนการรีโฟลว์

กลยุทธ์ในการหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องและการควบคุมกระบวนการ

การป้องกันอย่างมีประสิทธิภาพจำเป็นต้องมีการควบคุม DFM การจัดการวัสดุ และการกำหนดโปรไฟล์ความร้อนอย่างเข้มงวด

ความเป็นเลิศในการพิมพ์ครีมประสาน (การควบคุมการพิมพ์)

ปรับแต่งการออกแบบสเตนซิลให้เหมาะสมใช้ระบบตรวจสอบครีมประสาน (Solder Paste Inspection) ทันทีหลังการพิมพ์เพื่อตรวจสอบปริมาณครีมประสานและการจัดวางให้ถูกต้อง

การปรับรูรับแสง:ขนาดของช่องเปิดบนสเตนซิลสำหรับชิ้นส่วนที่มีระยะพิชช์ละเอียดจะถูกลดขนาดลงเพื่อหลีกเลี่ยงการพิมพ์ประสานเกินที่อาจทำให้เกิดการลัดวงจรจากการเชื่อมติดกัน

สภาพแวดล้อมการควบคุม:ควรเก็บรักษาและจัดการกับครีมบัดกรีอย่างเคร่งครัดตามข้อกำหนดของผู้ผลิต เนื่องจากหนึ่งในสาเหตุหลักของการเกิดลูกบอลประสานคือการดูดซึมความชื้น

คุณภาพของสเตนซิลสเตนซิลควรมีอัตราส่วนพื้นที่อย่างน้อย 0.66 เพื่อให้มั่นใจว่ามีการปลดปล่อยครีมประสานที่ดีและหลีกเลี่ยงการขาดแคลนบัดกรี

การออกแบบแผงวงจรพิมพ์และส่วนประกอบ (DFMโซลูชัน

ใช้การระบายความร้อนแบบเทอร์มอลรีลีฟใช้ซี่ล้อโลหะบาง ๆ เชื่อมต่อแผ่นรองบัดกรีเข้ากับแผ่นทองแดงขนาดใหญ่เพื่อให้มวลความร้อนสมดุลกันและเกิดการหลอมละลายพร้อมกัน วิธีนี้ช่วยป้องกันการเกิดปรากฏการณ์ชิ้นส่วนลุกตั้ง (tombstoning)

การออกแบบแผ่นรองแบบสมมาตรแผ่นรองของชิ้นส่วนต้องมีขนาดและรูปทรงใกล้เคียงกันเพื่อให้เกิดความสมดุลในกระบวนการรีโฟลว์

แนวกั้นหน้ากากบัดกรี:ใช้แผ่นรองแบบ SMD (solder mask defined) สำหรับชิ้นส่วนที่มีระยะพิชช์ละเอียด และตรวจให้แน่ใจว่าซอลเดอร์มาสก์สร้างแนวกั้นทางกายภาพระหว่างแผ่นรองเพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจรของบัดกรี

ตรวจสอบความอยู่ในระนาบเดียวกันของคอมโพเนนต์ตรวจสอบชิ้นส่วนที่รับเข้าเพื่อหาขาโค้งงอหรือการบิดงอ; ความไม่อยู่ในระนาบที่ดีจะนำไปสู่รอยเชื่อมเปิดโดยตรง

การเพิ่มประสิทธิภาพการบัดกรีแบบรีโฟลว์ (การควบคุมอุณหภูมิ)

การปรับแต่งโปรไฟล์การรีโฟลว์การใช้ความชันอัตราการเพิ่มอุณหภูมิแบบค่อยเป็นค่อยไปในโซนพรีฮีตและโซนแช่ความร้อน ช่วยให้ฟลักซ์ถูกกระตุ้นและสารระเหยสามารถระเหยออกอย่างช้า ๆ เพื่อลดทั้งการกระเด็นของประสาน (การเกิดลูกประสาน) และแรงกระแทกทางความร้อน (การยกตัวของชิ้นส่วน)

บรรลุ TAL ที่เหมาะสมตรวจสอบให้แน่ใจว่าโปรไฟล์การรีโฟลว์มีเวลา TAL เพียงพอเพื่อส่งเสริมการเปียกตัวที่ดีและการสร้างพันธะโลหะวิทยาที่แข็งแรง เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดจุดบัดกรีเย็น

ไนโตรเจน:สำหรับงานที่มีความสำคัญสูงที่สุด การใช้บรรยากาศไนโตรเจนในเตารีโฟลว์จะช่วยลดการเกิดออกซิเดชัน เพิ่มประสิทธิภาพการเปียกของประสานได้อย่างมาก พร้อมทั้งลดการเกิดโพรงอากาศและข้อบกพร่องแบบ HiP

การตรวจสอบและการประกันคุณภาพ

AOI/X-ray:ใช้ประโยชน์AOIหลังการรีโฟลว์สำหรับการตรวจหาข้อบกพร่องภายนอก เช่น การบริดจ์และการเยื้องศูนย์ และการใช้การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์สำหรับข้อต่อที่ไม่สามารถมองเห็นได้ สำหรับการตรวจหาช่องว่างและข้อบกพร่องจากการอัดขึ้นรูปด้วยความดันสูง (HiP) ภายใน BGA

การสอบเทียบอุปกรณ์ทำการปรับเทียบอุปกรณ์หยิบและวางอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนถูกจัดวางอยู่กึ่งกลางแผ่นรองอย่างสมบูรณ์ แก้ไขปัญหาการเยื้องศูนย์ได้โดยตรง

การประกอบ SMT ที่มีคุณภาพสูงและเชื่อถือได้สามารถทำได้โดยการผสานหลักการ DFM ที่แข็งแกร่งเข้ากับการควบคุมกระบวนการที่แม่นยำตลอดทั้งสายการผลิต ตั้งแต่การตรวจสอบปริมาณครีมประสานด้วย SPI ไปจนถึงการปรับแต่งโปรไฟล์อุณหภูมิการรีโฟลว์ให้เหมาะสม เพื่อให้ได้การกระจายความร้อนที่สมดุลและ TAL ที่เหมาะสม ด้วยวิธีนี้ ผู้ผลิตสามารถลดความเสี่ยงได้อย่างมีประสิทธิภาพ รับรองความสมบูรณ์ทางโลหะวิทยา และผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีสมรรถนะตามมาตรฐานสูงสุดตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนานเป็นพิเศษ โดยการจัดการกับสาเหตุรากฐานของข้อบกพร่องที่พบบ่อยที่สุดอย่างเป็นระบบ ได้แก่ การบริดจ์ การทอมบ์สโตน และการเกิดโพรงในแนวประสาน

สำหรับ PCBCart แล้ว คุณภาพไม่ใช่แค่เป้าหมาย แต่เป็นการรับประกัน ด้วยการใช้เครื่องมือที่ล้ำสมัย เช่น 3D SPI และการตรวจสอบด้วยเอ็กซเรย์ ร่วมกับการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดและการทบทวน DFM โดยผู้เชี่ยวชาญ เราจึงสามารถขจัดข้อบกพร่องได้อย่างเชิงรุกก่อนที่มันจะเกิดขึ้น ไม่ว่าคุณจะต้องการงานประกอบที่ซับซ้อนซึ่งสามารถเปลี่ยนจากการออกแบบไปเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จที่เชื่อถือได้อย่างรวดเร็ว คุณสามารถไว้วางใจ PCBCart ขอใบเสนอราคาแบบทันทีวันนี้ และเพลิดเพลินไปกับความมั่นใจที่มาพร้อมกับกระบวนการที่ลดข้อบกพร่องและให้ผลผลิตสูงการประกอบแผงวงจรพิมพ์.

ขอใบเสนอราคาแบบทันทีสำหรับการประกอบ SMT ที่คุ้มค่า

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์:
•ข้อบกพร่องที่พบบ่อยในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และวิธีป้องกัน
•วิธีแก้ปัญหารอยเชื่อมบัดกรีในการผลิต SMT
•ความสามารถในการประกอบ BGA และปัญหาที่พบบ่อย
•บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ขั้นสูง