In diesem Blog wird erklärt, warum Tombstoning in SMT-Linien vorkommt und wie man es mit besseren Profilen, Pad-Design, Pastensteuerung und Platzierung für kühlere Leiterplatten verringern kann.
Tombstoning sieht unscheinbar aus, aber es kann Ihre SMT-Ausbeute schnell zerstören. Ein Chipwiderstand steht auf wie ein kleiner Stein, ein Pad ist gelötet, die andere Seite hängt in der Luft. Die Leiterplatte kann die AOI bestehen, dann aber beim Test oder sogar im Feld versagen. Wir erklären Ihnen, warum das so ist, an welchen Knöpfen Sie drehen können und wie Sie es verhindern.
Bei der Oberflächenmontage bedeutet Tombstoning, dass sich ein Ende eines kleinen Bauteils mit zwei Lötaugen während des Reflows abhebt. Das passiert eher bei 0603-, 0402- und 0201-Bauteilen, bei denen der Körper leicht ist und die Lötkraft stark ist. Bei einer Kühlraumsteuerung oder einem Schaltschranktreiber kann bereits ein offener Widerstand das gesamte Kühlsystem zerstören. Ihr nettes Drahtrückwandregale ist immer noch leer, weil der Kühlschrank nie anspringt.
Die Ursache ist einfach: Die Lötpaste auf den beiden Pads schmilzt und benetzt nicht auf dieselbe Weise. Eine Seite zieht stärker, der Chip dreht sich, und jetzt haben Sie einen Defekt.
Die meisten Grabsteine entstehen durch ungleichmäßige Erwärmung. Ein Pad erreicht den Liquidus früher, sein Lot wird nass, und die Oberflächenspannung zieht diese Seite nach oben.
Wenn Sie eine sehr aggressive Rampe fahren, erreicht ein Pad das Ziel schneller als das andere. In der Nähe der Kante der Platte oder in der Nähe von großem Kupfer ist mehr Tombstone zu sehen. Ein gleichmäßigeres Vorheizen und Eintauchen gibt beiden Pads Zeit, einander zu folgen.
Dies ist bei vielen Linien üblich:
Sie brauchen keine perfekten Zahlen. Die wichtigste Idee: Prüfen Sie das thermische Profil an einem echten Produkt. Bringen Sie Thermoelemente in der Nähe von Chip-Arrays an, wo Sie Tombstone sehen, und stimmen Sie die Zonen oder die Fördergeschwindigkeit ab.
Der zweite wichtige Faktor ist das Ungleichgewicht der Lotpaste. Wenn ein Pad mehr Paste bekommt, hat es mehr geschmolzenes Lot, so dass es stärker zieht, wenn es nass wird.
Auf der Schablone sollten beide Öffnungen für einen Chip fast das gleiche Volumen drucken. Das wirkliche Leben ist chaotisch: abgenutzte Rakel, schmutzige Schablone, falsche Reinigungszeit. Trotzdem können Sie das Design anpassen:
Sie können sogar einen kleinen Linientest durchführen: normale Blenden vs. reduzierte Blenden auf der heißen Seite, und dann die Tombstone-Rate vergleichen. Ein schnelles Experiment in der Werkstatt, keine große akademische Forschung.
Auch das Layout spielt eine große Rolle. Wenn die Pads und das Kupfer nicht ausgeglichen sind, ist die Gefahr von Grabsteinen groß.
Typische Layout-Fallen:
All dies verändert die lokale Erwärmung und Benetzung. Eine Seite erwärmt sich langsamer, hat aber mehr Kupfer und mehr Paste, so dass sie, wenn sie schließlich schmilzt, stark zieht.
Gute Gewohnheiten:
Das ist die gleiche Logik wie bei der Entwicklung stabiler Drahtrückwandregale in unserer Fabrik in QIAO: Wenn die Füße und die Querdrähte nicht symmetrisch sind, wackelt das Gestell. Die Leiterplatte verhält sich bei thermischer Belastung ähnlich.
Sehr kleine Pakete wie 0402 und 0201 sind empfindlicher. Ihre Masse ist gering, so dass sie sich leichter heben lassen. Verschiedene Anbieter können auch unterschiedliche Beschichtungen und Zinnstrukturen haben, was die Benetzungsgeschwindigkeit verändert.
Sie können:
Manchmal geben Ingenieure nur dem Ofen die Schuld, aber auch das Los der Komponenten ist Teil der Geschichte.
Die Platzierung ist ebenfalls ausschlaggebend für das Tombstoning. Wenn der Chip bereits vor dem Reflow-Prozess außermittig sitzt, befindet sich ein Anschluss in einer kleinen Pasteninselinsel, der andere in einem tiefen “Pool”.
Überprüfen Sie diese Punkte auf Ihrem Pick-and-Place:
Wenn die Leute von der QIAO Bei der Fehlersuche an einer neuen Gefrierschrank-Steuerungsplatine wird immer zuerst mit langsamer Geschwindigkeit gearbeitet, mit zusätzlichen Unterstützungsstiften der Platine. Erst wenn die Tombstone-Rate unter Kontrolle ist, beginnen sie, auf die Taktzeit zu drängen.
Selbst mit guten Regeln ist das reale Produkt komplex. Sie brauchen also Feedback-Tools.
Stellen Sie sich vor, Sie entwerfen ein kundenspezifisches Drahtgestellsystem: Sie schweißen nicht einfach und liefern. Sie testen Belastung, Biegung und Vibration und stimmen dann die Drahtstärke und das Schweißmuster ab. Die gleiche Denkweise gilt für SMT-Arbeiten.
| Wichtigster Faktor | Typisches Symptom auf der Linie | Ideen für einfache Lösungen |
|---|---|---|
| Ungleichmäßige Erwärmung / schlechtes Profil | Mehr Grabstein in der Nähe der Kante oder in der Nähe von schwerem Kupfer | Glätten der Rampe, Einweichen, Anpassen der Zonentemperaturen, Neuprofilierung des echten Produkts |
| Pastenvolumen / Schablone | Ein Pad mit stark glänzendem Lot, andere Seite fast trocken | Öffnungen ausgleichen, dünnere Schablonen verwenden, Reinigung und Pastenkontrolle verbessern |
| Asymmetrie von Pads und Kupfer | Gleiches Bauteil immer im gleichen PCB-Bereich | Symmetrische Pads, thermische Entlastung, Verschieben oder Spiegeln von Durchkontaktierungen |
| Bauteil und Material | Bestimmte Chargen oder sehr kleine Teile fallen aus mehr | Größere Größe bevorzugen, Lieferanten qualifizieren, Lagerung kontrollieren |
| Platzierung und Handhabung | Chips sehen vor dem Reflow schief aus, mehr Defekte bei höherer Geschwindigkeit | Festlegen der Düsenauswahl und der Z-Höhe, Verbesserung der Plattenunterstützung, Verringerung der Vibrationen |
Sie denken vielleicht: “Wir sind im Bereich der Drahtregale und Kühlteile tätig, warum reden wir so viel über SMT?” Im wirklichen Leben sind sie miteinander verbunden.
Kühlraumkomponenten, Handelsvitrine Controller, kleine PCBs, die in der Nähe der Verdichterschutzgitter - Sie alle hängen von einer stabilen SMT-Qualität ab. Wenn ein winziger Widerstand einen Tombstoning-Effekt hat und sich öffnet, geht die Beleuchtung Ihres schönen Schaltschranks aus, die Lüfter bleiben stehen oder die Temperatur gerät aus dem Rahmen. Die Endverbraucher beschweren sich nicht über Tombstones, sondern darüber, dass ihr Essen oder ihr Getränk warm ist.
Unter QIAO Wir sehen beide Seiten: Wir bauen maßgeschneiderte Heckgitter und Gefrierkörbe, Gefrierschrankkomponenten und andere Metallteile, und wir sprechen auch jeden Tag mit den Ingenieurteams unserer Kunden. Viele von ihnen fragen ihre PCB-Partner jetzt direkt: ’Zeigen Sie mir Ihre Tombstone-Rate bei kleinen Passivteilen.“ Dies wurde zu einem häufigen Schmerzpunkt bei der Einführung neuer Produkte.
Wenn Sie also Hardware für Supermarkt-Tiefkühltruhen, Getränkekühler oder Laborkühlräume entwickeln, sollten Sie Grabsteine nicht wie einen kleinen kosmetischen Defekt behandeln. Es ist ein Zeichen dafür, dass das Kräftegleichgewicht in Ihrer SMT-Szene nicht stimmt. Reparieren Sie die Thermik, die Paste, die Pads, die Teile und die Platzierung frühzeitig, und Ihre Regale, Gestelle und Kompressoren werden später ein viel ruhigeres Leben haben.
