نحوه ارزیابی ریسک SMT از روندهای ساخت PCB و PCB

پاسخ مستقیم

خطر مونتاژ SMT مدت‌ها قبل از تماس خمیر لحیم با لنت مشخص می‌شود - در انتخاب‌های ساخت و تولید PCB قفل می‌شود که در داده‌های Gerber، نقشه‌های پشته‌ای و مشخصات پرداخت سطح شما قابل مشاهده است. ارزیابی هندسه لنت، تعادل مس، پردازش از طریق داخل پد، انتخاب ورقه ورقه، و سازگاری پایان در طول بررسی DFM از باز شدن، سنگ قبر، توپ های لحیم کاری و تاب برداشتن جلوگیری می کند. بررسی دقیق ساخت موثرترین مرحله کاهش ریسک در کل گردش کاری PCBA است.

چرا PCB روندهای ساخت به طور مستقیم بازده SMT را کنترل می کند

ارتباط بین ساخت PCB و مونتاژ SMT مکانیکی و حرارتی است. هر متغیر ساخت - وزن مس، ضخامت ماسک لحیم کاری، متالورژی پرداخت سطح، از طریق ساختار، و Tg ورقه ورقه - نحوه رفتار خمیر لحیم کاری را در طول چاپ شابلون، قرار دادن اجزا و جریان مجدد تغییر می دهد. نقص مونتاژ به ندرت تصادفی است. آنها نتیجه قابل پیش بینی انتخاب های ساختگی هستند که هرگز مورد تردید قرار نگرفتند.

وزن مس را در نظر بگیرید. یک لایه خارجی استاندارد 1 اونس (35 میکرومتر) معمول است، اما اگر طراحی شما به 2 اونس مس برای مسیرهای با جریان بالا نیاز دارد، ارتفاع پد افزایش می‌یابد. دیافراگم های شابلون باید نمایه پد بلندتر را جبران کند، در غیر این صورت حجم خمیر ناکافی خواهد بود. به طور مشابه، یک سد ماسک لحیم کاری ضخیم بین لنت های ریز می تواند باز شدن موثر پد را کاهش دهد و باعث خیس شدن ناکافی شود. اینها پارامترهای ساخت هستند که مهندسان مونتاژ نمی توانند آنها را در خط تعمیر کنند - آنها باید در پرونده طراحی اصلاح شوند.

گرایش به بسته بندی متراکم تر این را بدتر می کند. BGAs در گام 0.4 میلی‌متری، QFNs با پدهای در معرض، و پشته‌های micro-via همگی تلورانس‌های ساخت سخت‌تری را می‌طلبند. اگر خانه ساخت تخته ای با تغییر اندازه پد خارج از ± 10% اسمی ارائه دهد، طرح شابلون - بهینه شده برای یک نسبت سطح دیافراگم خاص - نمی تواند حجم خمیر را آزاد کند. نتیجه باز شدن های متناوب است که فقط پس از چرخه حرارتی ظاهر می شوند.

ارزیابی استک آپ و انتخاب ورقه ورقه برای ریسک مونتاژ

کنترل امپدانس و مبادلات Warpage

Stackup بیشتر از عملکرد الکتریکی را تعیین می کند. پایداری مکانیکی را در طول جریان مجدد دیکته می کند. یک انباشته متقارن با توزیع متعادل مس در سراسر لایه ها از تاب برداشتن جلوگیری می کند. هنگامی که مس به شدت به یک طرف سوق داده می شود - برای مثال، 2 اونس در لایه 1 و 0.5 اونس در لایه 4 - تخته در طول دمای اوج جریان مجدد 260 درجه سانتی گراد خم می شود. Warpage اجزای ریز را از روی پدهایشان بلند می‌کند و بازهایی ایجاد می‌کند که AOI ممکن است از دست برود.

انتخاب لمینت به همان اندازه اهمیت دارد. FR-4 استاندارد با Tg 130-140 درجه سانتیگراد در دماهای جریان مجدد به طور قابل توجهی نرم می شود. برای تخته‌هایی با BGAهای بزرگ یا اجزای سنگین، لمینت متوسط ​​Tg (150-170 درجه سانتیگراد) یا Tg بالا (170-180 درجه سانتیگراد) را برای کاهش انبساط محور Z و بلند کردن لنت تعیین کنید. IPC-4101 محدوده مشخصات مواد ورقه ای را تعریف می کند و نقشه ساخت شما باید به صراحت به مقدار Tg مورد نیاز اشاره کند.

برهم کنش وزن مس و هندسه پد

وزن مس ارتفاع موثر پد را تغییر می دهد. یک پد 1 اونس تقریباً 35 میکرومتر ارتفاع دارد. یک پد 2 اونس 70 میکرومتر است. دیافراگم شابلون باید طوری تنظیم شود که حجم خمیر مناسب را نسبت به ارتفاع پد ارائه کند. یک قانون کلی رایج این است که نسبت مساحت (منطقه باز شدن دیافراگم تقسیم بر سطح دیواره دیافراگم) را بالای 0.66 نگه دارید تا خمیر قابل اطمینان آزاد شود. اگر خانه ساخت مس ضخیم‌تر از حد مشخص شده تحویل دهد، نسبت مساحت کاهش می‌یابد و آزاد شدن خمیر کاهش می‌یابد.

مرحله بررسی عملی: در بررسی DFM خود، وزن مس مشخص شده در پشته را با ابعاد پد در داده های Gerber مقایسه کنید. اگر وزنه‌های مسی مخلوط شده روی یک لایه دارید - یک روش معمول برای مقاطع قدرت - بررسی کنید که مناطق انتقال ناپیوستگی ارتفاع پد را در اجزای با گام ریز ایجاد نمی‌کنند.

انتخاب پایان سطح و قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاری

ENIG، ENEPIG، و خطر پد سیاه

پرداخت سطح، رابط متالورژیکی بین پد PCB و اتصال لحیم کاری است. ENIG (طلای غوطه ور نیکل بدون الکترو) به دلیل صاف بودن و ماندگاری آن محبوب است، اما خطری کاملاً مستند به همراه دارد: پد سیاه. این وضعیت زمانی رخ می‌دهد که لایه طلای غوطه‌ور، نیکل زیرین را در طول رسوب خوردگی می‌کند و یک لایه شکننده و غنی از فسفر ایجاد می‌کند که تحت فشار مکانیکی می‌شکند. پد سیاه مخصوصاً در BGAs و QFNs که مفصل قابل بازرسی بصری نیست خطرناک است.

برای گام های ریز BGAs زیر 0.5 میلی متر، ENEPIG (الکترولس نیکل الکترولس پالادیوم طلای غوطه وری) را در نظر بگیرید. لایه پالادیوم به عنوان یک مانع در برابر خوردگی نیکل عمل می کند و خطر پد سیاه را از بین می برد. این مبادله هزینه بالاتری دارد، اما کاهش خرابی میدان پنهان اغلب حق بیمه را برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا توجیه می کند.

سازگاری کامل با خمیر لحیم کاری

پایان نیز باید با آلیاژ خمیر لحیم کاری شما سازگار باشد. SAC305 (قلع-نقره-مس) با بیشتر پرداخت ها به خوبی کار می کند، اما مونتاژ بدون سرب روی HASL (تراز کردن لحیم کاری با هوای گرم) می تواند سطوح پد ناهمواری ایجاد کند که چاپ ریز را پیچیده می کند. نقره غوطه ور و قلع غوطه وری جایگزین های ارزان تری هستند، اما عمر مفید کمتری دارند و نسبت به آلودگی حساس تر هستند. اگر خانه مونتاژ شما تخته‌ها را بیش از شش ماه ذخیره می‌کند، ENIG یا ENEPIG انتخاب مطمئن‌تری است.

قانون سرانگشتی: پایان را با نوع بسته مطابقت دهید. از ENIG یا ENEPIG برای BGAs، QFNs، و هر جزء با گام کمتر از 0.65 میلی متر استفاده کنید. فقط برای اجزای SMT با سوراخ و گام درشت که صافی سطح اهمیت کمتری دارد، از HASL یا پوشش های غوطه ور استفاده کنید.

طراحی از طریق پد و جلوگیری از فتیله لحیم کاری

Via-in-pad یک روند ساخت است که توسط مسیریابی شکست BGA هدایت می شود. قرار دادن vias مستقیماً در پدهای BGA تراکم مسیریابی را کاهش می دهد، اما یک خطر جدی مونتاژ ایجاد می کند: فتیله لحیم کاری. در حین جریان مجدد، لحیم مذاب به سمت پایین بشکه، دور از محل اتصال جریان می یابد و فیله لحیم کاری ناکافی باقی می ماند. نتیجه یک مفصل باز یا ضعیف است که تست الکتریکی را پشت سر می گذارد اما تحت سیکل حرارتی شکست می خورد.

راه حل ساخت از طریق وصل کردن یا پر کردن است. یک پلاگ شده با یک اپوکسی غیر رسانا پر می شود و سپس برای ایجاد یک سطح صاف و قابل لحیم کاری روی آن آبکاری می شود. استاندارد IPC-6012 محدوده صلاحیت برای عملکرد سفت و سخت PCB، از جمله از طریق الزامات پر را پوشش می دهد. نقشه ساخت شما باید مشخص کند که آیا vias وصل شده، پر شده یا چادری است، و بررسی DFM باید تأیید کند که via-in-pad واقعاً بعد از آبکاری صاف است.

مثال عملی: یک تخته 4 لایه با گام 0.5 میلی متری BGA. قطر پد BGA 0.3 میلی متر و via-in-pad 0.2 میلی متر است. اگر ویا وصل نباشد، لحیم کاری از سوراخ 0.2 میلی متری عبور می کند و حجم موثر لحیم کاری در محل اتصال را تا 40 درصد کاهش می دهد. دیافراگم شابلون باید برای جبران افزایش یابد، اما این خطر پل زدن لحیم بین لنت های مجاور را به همراه دارد. روش صحیح این است که از طریق اتصال با درپوش مسی مشخص کنید، سپس دیافراگم شابلون را در 0.28 میلی متر با ضخامت شابلون 0.1 میلی متر طراحی کنید.

طراحی استنسیل و تأیید انتشار چسب

هندسه دیافراگم در مقابل هندسه پد

شابلون پلی بین داده های ساخت و نتیجه مونتاژ است. اندازه دیافراگم، شکل و پوشش دیوار تعیین می کند که چه مقدار خمیر روی هر پد قرار می گیرد. قبل از برش شابلون، داده‌های ساخت - اندازه پد، گام و دهانه ماسک لحیم کاری - باید با طرح شابلون بررسی شوند.

برای QFN با گام 0.5 میلی‌متری و عرض پد 0.25 میلی‌متری، دیافراگم شابلون باید تقریباً 0.22 میلی‌متر عرض داشته باشد تا از پل زدن لحیم جلوگیری شود. ضخامت شابلون معمولاً 0.1 میلی متر تا 0.125 میلی متر برای اجزای ریز گام است. اگر خانه ساخت پدهایی را به عرض 0.3 میلی متر به دلیل ثبت اشتباه ماسک لحیم ارائه دهد، دیافراگم شابلون نسبت به پد بسیار کوچک است و باعث می شود حجم خمیر ناکافی باشد و باز شود.

نسبت مساحت و انتشار چسب

نسبت مساحت معیار مهمی برای انتشار خمیر است. این به عنوان منطقه باز شدن دیافراگم تقسیم بر سطح دیواره دیافراگم محاسبه می شود. برای دیافراگم مربع، این (L × W) / (2 × (L + W) × T) است، که در آن T ضخامت شابلون است. نسبت مساحت زیر 0.66 به این معنی است که خمیر به جای انتقال به پد به دیواره های شابلون می چسبد.

یک اشتباه رایج استفاده از ضخامت شابلون است که برای یک نوع جزء در کل برد بهینه شده است. اگر هم یک گام 0.4 میلی متری BGA و هم پدهای برقی بزرگ دارید، ضخامت شابلون باید یک مصالحه باشد. شابلون های پله ای - که ضخامت آنها بر اساس منطقه متفاوت است - این مشکل را حل می کند، اما هزینه را اضافه می کند و به تراز دقیق نیاز دارد. نسبت مساحت حیاتی ترین جزء را در بررسی DFM خود بررسی کنید و تأیید کنید که طرح شابلون هندسه واقعی پد را از داده های ساخت به حساب می آورد.

تعریف ماسک لحیم و پد

ماسک لحیم کاری ناحیه پد در معرض را مشخص می کند. دو رویکرد وجود دارد: پدهای تعریف شده با ماسک لحیم کاری (NSMD) و لحیم کاری تعریف شده با ماسک (SMD). پدهای NSMD کمی بزرگتر از پد مسی هستند و ماسک به عقب کشیده شده است. پدهای SMD دارای ماسک هستند که روی لبه مسی همپوشانی دارد. برای قطعات با گام ریز، NSMD ترجیح داده می شود زیرا منطقه قابل لحیم کاری بزرگتر و کنترل بهتر شکل اتصال نهایی را فراهم می کند.

با این حال، پدهای NSMD به ثبت ماسک لحیم حساس تر هستند. اگر ماسک ناهماهنگ باشد، ناحیه در معرض پد تغییر می کند و بر حجم خمیر و هندسه مفصل تأثیر می گذارد. تحمل ساخت برای ثبت ماسک لحیم معمولاً ± 75 میکرومتر است، اما بردهای با قابلیت اطمینان بالا باید کنترل دقیق تری را مشخص کنند. فاصله ماسک لحیم کاری در داده های Gerber را در برابر دیافراگم شابلون بررسی کنید تا مطمئن شوید که پد در معرض دید با هدف طراحی مطابقت دارد.

استراتژی بازرسی و همراستایی داده های ساخت

معیارهای AOI و X-Ray

استراتژی بازرسی باید با ریسک ساخت مطابقت داشته باشد. AOI (بازرسی نوری خودکار) دو طرف بالا و پایین را برای خطاهای قرارگیری، پل زدن لحیم کاری و اجزای مفقود بررسی می کند. اما AOI زیر BGAs یا QFNs نمی تواند ببیند. بازرسی اشعه ایکس برای آن مفاصل پنهان مورد نیاز است و معیارهای اشعه ایکس باید قبل از ساخت تعریف شود.

اگر داده‌های ساخت شما شامل via-in-pad می‌شود، اشعه ایکس برای تأیید اینکه via‌ها به درستی پر شده‌اند و اینکه لحیم کاری در طول جریان مجدد فتیله نشده است، ضروری است. اگر از ENIG استفاده می کنید، اشعه ایکس همچنین می تواند با نشان دادن ضخامت نیکل ناهموار، پد سیاه را نشان دهد. پوشش اشعه ایکس را در RFQ خود مشخص کنید—معمولاً 100٪ برای BGAs و QFNs در بردهای با قابلیت اطمینان بالا.

بازرسی ماده اول

بازرسی مقاله اول (FAI) مؤثرترین راه برای تشخیص عدم تطابق بین ساخت و مونتاژ است. FAI باید شامل مقطعی از یک اتصال BGA حیاتی برای تایید یکپارچگی اتصال لحیم کاری، اندازه گیری ضخامت خمیر لحیم کاری، و بازرسی بصری چاپ شابلون باشد. FAI باید روی اولین برد از پنل تولید واقعی انجام شود، نه یک کوپن یا تخته آزمایش.

اشتباهات رایج و چه زمانی باید سازنده را درگیر کرد

رایج‌ترین اشتباه این است که فایل ساختگی را ثابت می‌کنیم. مهندسان اغلب تنها پس از شکست اولین اجرای مونتاژ، مشکلات مربوط به اندازه پد یا مشکلات از طریق داخل پد را کشف می کنند. دومین اشتباه رایج نادیده گرفتن تعادل مس و خطر تاب خوردگی است، به خصوص در تخته هایی با وزن مس مخلوط. سومین مورد، انتخاب یک سطح بدون بررسی سازگاری آن با خمیر لحیم کاری و نوع بسته بندی است.

سازنده را زودتر درگیر کنید—به طور ایده آل در طول بررسی DFM. قبل از شروع ساخت، داده های Gerber، طراحی پشته ای، BOM، و طرح استنسیل را با ارائه دهنده EMS به اشتراک بگذارید. یک شریک EMS خوب، تضادهای بین داده های ساخت و فرآیند مونتاژ را علامت گذاری می کند. برای مثال، اگر via-in-pad شما وصل نیست، خانه مونتاژ باید طرح را قبل از برش شابلون رد کند، نه پس از اولین جریان مجدد.

برای راهنمایی مرتبط در مورد نحوه تعامل تصمیمات منبع یابی با ریسک مونتاژ، به نحوه ارزیابی SMT ریسک مونتاژ از PCB روندهای ساخت و منبع مراجعه کنید. اگر روی تصمیم‌های مرحله طراحی کار می‌کنید، چگونه خطر مونتاژ SMT را از PCB طراحی و PCB روندهای تولیدی ارزیابی کنیم را مرور کنید. برای بردهایی که برای کاربردهای انرژی در نظر گرفته شده اند، چگونه خطر مونتاژ SMT را از PCB روندهای تولید و انرژی تجدیدپذیر ارزیابی کنیم عوامل استرس محیطی اضافی را پوشش می دهد.

عوامل خطر خاص منبع یابی در نحوه ارزیابی ریسک مونتاژ SMT از PCB روندهای تولید و منبع یابی به تفصیل آمده است. در نهایت، برای ملاحظات بسته‌بندی پیشرفته، چگونه خطر مونتاژ SMT را از FOPLP و روندهای پردازش حرارتی ارزیابی کنیم توضیح می‌دهد که چگونه بسته‌بندی سطح پنل فن‌آوت انتظارات حرارتی را تغییر می‌دهد.

RFQ محتوایی برای ارزیابی ریسک مجمع

RFQ شما قراردادی است که انتظارات ساخت و مونتاژ را تعریف می کند. باید شامل موارد زیر باشد:

• داده های Gerber را با اطلاعات اندازه پد، ماسک لحیم کاری و وزن مس کامل کنید
• یک BOM با شماره قطعه سازنده، انواع بسته‌ها و مقادیر
• یک طرح پشته‌ای که تعداد لایه‌ها، وزن‌های مس، ضخامت دی‌الکتریک و لمینت Tg را نشان می‌دهد.
• پرداخت سطح مشخص شده و هرگونه الزامات مربوط به پایان
• الزامات امپدانس و مشخصات عمق کنترل شده
• الزامات اتصال یا پر کردن از طریق پد
• نمایه جریان مجدد و دمای اوج مورد انتظار
• معیارهای بازرسی، از جمله AOI و پوشش اشعه ایکس

گنجاندن این موارد در RFQ به ارائه‌دهنده EMS اجازه می‌دهد تا قبل از شروع ساخت، تداخل‌ها را پرچم‌گذاری کند. به عنوان مثال، اگر BOM گام 0.4 میلی متری BGA را مشخص می کند و استک آپ از 2 اونس مس در لایه های بیرونی استفاده می کند، خانه مونتاژ می تواند مشکل ارتفاع پد را علامت گذاری کند و تنظیم شابلون را توصیه کند. Omini، به‌عنوان یک ارائه‌دهنده خدمات کامل EMS، به طور معمول این پارامترها را در مرحله RFQ بررسی می‌کند تا عدم تطابق ساخت و مونتاژ را قبل از اینکه به ضرر بازدهی تبدیل شوند، تشخیص دهد.

پرسش‌های متداول

چرا روندهای تولید و ساخت PCB بر ریسک مونتاژ SMT تأثیر می گذارد؟

SMT خطر مونتاژ قبل از قرار دادن یک جزء شروع می شود. انتخاب‌های ساخت در فایل‌های Gerber شما - انباشته شدن، وزن مس، پرداخت سطح و ماسک لحیم کاری - مستقیماً بر طراحی شابلون، انتشار خمیر، رفتار جریان مجدد و بازرسی تأثیر می‌گذارند. بررسی این متغیرها در طول بررسی DFM سریعترین راه برای کاهش عیوب مونتاژی مانند سنگ قبر، باز شدن و لحیم کاری توپ است.

مهندسان در هنگام ارزیابی ریسک SMT از روند ساخت، بزرگترین اشتباهات را در کجا انجام می دهند؟

رایج ترین اشتباه این است که فایل ساخت PCB را به عنوان یک ورودی ثابت در نظر می گیریم. مهندسان اغلب اندازه پد و تعادل مس را تا پس از ساخت نادیده می گیرند، سپس متوجه می شوند که دیافراگم های شابلون برای آزاد شدن خمیر بسیار کوچک هستند یا از طریق لحیم کاری به دام می اندازند. خطای دیگر انتخاب یک پایان ENIG بدون بررسی خطر پد سیاه روی BGAs با گام ریز است، یا با فرض اینکه یک انباشته استاندارد FR-4 با گام 0.4 میلی متری QFN بدون کنترل امپدانس کنترل می شود.

How can I verify SMT assembly risk before the build?

قبل از ارسال فایل به اسمبلی، یک بررسی DFM روی داده های Gerber اجرا کنید. اندازه و تناسب لنت را با صفحه داده مؤلفه بررسی کنید، تعادل مس را از نظر خطر پیچ خوردگی بررسی کنید، تأیید کنید که سطح با خمیر لحیم کاری شما سازگار است، و از طریق طراحی داخل پد برای وصل یا پر شدن بررسی کنید. همچنین تأیید کنید که stackup از الزامات امپدانس شما پشتیبانی می کند و فاصله ماسک لحیم کاری با دیافراگم های شابلون شما مطابقت دارد.

چه اطلاعاتی در RFQ برای ارزیابی ریسک SMT تعلق دارد؟

RFQ شما باید شامل مجموعه کامل Gerber، یک BOM با شماره قطعات سازنده و انواع بسته بندی، یک نقشه انباشته با تعداد لایه ها و وزن مس، سطح مشخص شده، و هرگونه امپدانس یا نیاز به عمق کنترل شده باشد. همچنین نمایه جریان مجدد و معیارهای بازرسی مورد انتظار خود را بیان کنید، مانند AOI یا پوشش اشعه ایکس، تا ارائه‌دهنده EMS بتواند تداخل‌ها را زودتر پرچم‌گذاری کند.

می‌توانید مثالی بزنید که چگونه یک روند ساخت مانند via-in-pad روی مونتاژ SMT تأثیر می‌گذارد؟

یک مثال عملی: یک تخته 4 لایه با گام 0.5 میلی متری BGA و پرداخت ENIG. بررسی DFM باید بررسی کند که قطر لنت BGA 0.3 میلی‌متر، دهانه ماسک لحیم کاری 0.35 میلی‌متر، و via-in-pad پر و روکش شده باشد. اگر ویا وصل نباشد، لحیم کاری از محل اتصال جدا می شود و باعث باز شدن آن می شود. دیافراگم شابلون برای BGA باید 0.28 میلی متر با ضخامت 0.1 میلی متر باشد تا از حجم مناسب خمیر اطمینان حاصل شود.

روندهای PCB با قابلیت اطمینان بالا چگونه بر ریسک مونتاژ SMT تأثیر می‌گذارند؟

بردهای با قابلیت اطمینان بالا برای مصارف خودرویی یا پزشکی اغلب به ساخت IPC-6012 کلاس 3 نیاز دارند. این به معنای تلرانس بیشتر در ضخامت مس، فاصله دی الکتریک و کیفیت دیواره سوراخ است. برای SMT، این به معنای قوام بهتر اتصالات لحیم کاری و عیوب پنهان کمتر است. اگر برنامه شما نیاز به قابلیت اطمینان بالایی دارد، کلاس 3 را در یادداشت های ساخت خود مشخص کنید و بررسی کنید که خانه مونتاژ می تواند معیارهای بازرسی سخت گیرانه تری را انجام دهد.

> Engineering handoff note: Introduction of Commonly Used Low Loss PCB Materials before the release package is frozen.

> Engineering handoff note: Introduction to Taconic PCB Materials: Features and Benefits before the release package is frozen.

> Engineering handoff note: Introduction to Rigid Flex PCB: Advantages and Applications before the release package is frozen.