O Tombstoning parece pequeno, mas pode acabar com o seu rendimento SMT rapidamente. Um resistor de chip levanta-se como uma pequena pedra, uma almofada é soldada e o outro lado fica suspenso no ar. A placa pode ser aprovada na AOI e depois falhar no teste ou mesmo no terreno. Por isso, aqui falamos de forma simples: porque é que acontece, que botões pode rodar e como o impedir.
Índice
O que é o tombamento na montagem SMT?
Na montagem em superfície, o tombstoning significa que uma extremidade de uma pequena peça com duas pastilhas se levanta durante a refusão. Acontece mais em peças 0603, 0402, 0201, onde o corpo é leve e a força de soldadura é forte. No caso de um controlador de câmara frigorífica ou de um controlador de armário de exposição, uma resistência aberta já pode avariar todo o sistema de arrefecimento. O seu bom estantes metálicas traseiras ainda está vazio, porque o frigorífico nunca arranca.
A raiz é simples: a pasta de solda nas duas almofadas não derrete e molha da mesma forma. Um dos lados puxa com mais força, o chip roda e temos um defeito.
Aquecimento irregular e controlo do perfil de refluxo
A maioria dos tombstoning resulta de um aquecimento desigual. Uma almofada atinge o estado líquido mais cedo, a sua solda molha-se e a tensão superficial puxa esse lado para cima.
Taxa de rampa, zona de imersão e temperatura de pico
Se a rampa for muito agressiva, uma almofada atinge o objetivo mais rapidamente do que a outra. Vê-se mais tombstone perto da borda do painel ou perto de cobre grande. Um pré-aquecimento e uma imersão mais suaves dão a ambas as pastilhas tempo para se seguirem uma à outra.
Prática comum em muitas linhas:
- Rampas de cerca de 1-2 °C por segundo.
- Mergulhar na zona de 150-180 °C durante algumas dezenas de segundos para que as partes mais pequenas se igualem.
- O pico é suficientemente alto para as especificações da pasta e não muito acima do liquidus.
Não são necessários números perfeitos. A ideia-chave: verificar o perfil térmico num produto real. Coloque termopares perto das matrizes de aparas onde se vê o tombstone e ajuste as zonas ou a velocidade do transportador.
O volume de pasta de solda e o design do estêncil devem ser equilibrados
O segundo grande fator é o desequilíbrio da pasta de solda. Se uma almofada recebe mais pasta, tem mais solda derretida, pelo que puxa com mais força quando molha.
Equilíbrio de abertura para componentes de pastilhas pequenas
No stencil, ambas as aberturas para um chip devem imprimir quase o mesmo volume. A vida real é confusa: rodo gasto, estêncil sujo, tempo de limpeza errado. Ainda assim, é possível afinar o design:
- Utilize um estêncil mais fino para áreas de aparas densas.
- Reduzir a área de abertura no lado “forte” que liga ao cobre grande.
- Evitar pontes de pasta entre os dois blocos de um chip.
Pode até fazer um pequeno teste de linha: aberturas normais versus reduzidas no lado quente, e depois comparar a taxa de tombstone. Uma experiência rápida de chão de fábrica, não uma grande investigação académica.
O design da almofada, a simetria e o equilíbrio do cobre são fundamentais
A disposição também desempenha um papel importante. Se as almofadas e o cobre não estiverem equilibrados, é quase um convite ao tombstoning.
Vias, alívios térmicos e peças minúsculas 0402 / 0201
Armadilhas de disposição típicas:
- Uma almofada liga-se a um plano de potência gordo, a outra apenas a um traço fino.
- Via-in-pad apenas num dos lados do componente.
- Passo de serigrafia ou máscara de solda sob um dos lados da peça.
Tudo isto altera o aquecimento local e a humidade. Um dos lados aquece mais lentamente, mas tem mais cobre e mais pasta, pelo que, quando finalmente derrete, puxa com força.
Bons hábitos:
- Manter as almofadas simétricas de acordo com a folha de dados e o padrão IPC.
- Se tiver de ligar a um grande tubo de cobre, utilize o alívio térmico.
- Coloque as vias simetricamente ou desloque-as para fora das almofadas para peças mais pequenas.
Esta é a mesma lógica da conceção de estábulos estantes metálicas traseiras na nossa fábrica em QIAOSe os pés e os fios cruzados não forem simétricos, o bastidor tremerá. A placa de circuito impresso tem um comportamento semelhante sob tensão térmica.
O tamanho, a geometria e a metalurgia dos componentes são importantes
Embalagens muito pequenas como 0402 e 0201 são mais sensíveis. A sua massa é baixa, pelo que se levantam mais facilmente. Os diferentes fornecedores podem também ter diferentes revestimentos e estruturas de estanho, o que altera a velocidade de humedecimento.
Pode:
- Preferir o tamanho 0603 quando o espaço o permitir.
- Qualificar pelo menos dois fornecedores para passivos críticos e verificar os dados do tombstone durante o NPI.
- Armazenar as peças e a pasta com humidade e temperatura adequadas.
Por vezes, os engenheiros culpam apenas o forno, mas o lote de componentes também faz parte da história.
Precisão de colocação e estabilidade da linha
A colocação também conduz ao tombstoning. Se o chip já estiver descentrado antes da refusão, uma terminação fica numa pequena ilha de pasta e a outra numa “piscina” profunda.
Verifique estes pontos no seu pick-and-place:
- Tipo de bocal e vácuo.
- Velocidade e altura Z; um impulso excessivo na pasta pode manchá-la.
- Suporte da placa; se a placa de circuito impresso afundar, a espessura da pasta altera-se.
Quando o pessoal da linha QIAO depurar uma nova placa de controlo de congelação, estas funcionam sempre primeiro a baixa velocidade, com pinos de suporte extra na placa. Só quando a taxa de tombstone está sob controlo é que começam a pressionar o tempo takt.
DFM, construções NPI e inspeção fecham o ciclo
Mesmo com boas regras, o produto real é complexo. Por isso, são necessárias ferramentas de feedback.
- Fazer uma revisão DFM centrada no tombstoning: almofadas simétricas, posições das vias, equilíbrio do cobre.
- Nas primeiras execuções do NPI, marcar as piores zonas no painel e seguir os defeitos por localização.
- Utilizar os dados AOI não só para rejeitar placas, mas também para ajustar a janela do processo.
Pense nisto como a conceção de um sistema de suporte de arame personalizado: não se limita a soldar e enviar. Testa-se a carga, a flexão, a vibração e, em seguida, afina-se o calibre do fio e o padrão de soldadura. A mesma mentalidade para o trabalho SMT.
Exemplo de tabela de resumo: Causas e correcções para o Tombstoning
| Fator principal | Sintoma típico em linha | Ideias de correção simples |
|---|---|---|
| Aquecimento irregular / mau perfil | Mais lápides perto da borda ou perto de cobre pesado | Suavizar a rampa, adicionar molho, ajustar as temperaturas da zona, refazer o perfil do produto real |
| Volume de pasta / stencil | Uma almofada com solda grande e brilhante, o outro lado quase seco | Equilibrar as aberturas, utilizar um estêncil mais fino, melhorar a limpeza e o controlo da pasta |
| Assimetria da almofada e do cobre | O mesmo componente é sempre colocado na mesma área da placa de circuito impresso | Tornar as almofadas simétricas, adicionar alívio térmico, mover ou espelhar vias |
| Componente e material | Alguns lotes ou peças de tamanho muito pequeno falham mais | Preferir uma dimensão maior, qualificar os fornecedores, controlar a armazenagem |
| Colocação e manuseamento | As pastilhas parecem distorcidas antes do refluxo, mais defeitos quando a velocidade aumenta | Fixar a escolha do bocal e a altura Z, melhorar o suporte da placa, reduzir a vibração |
Porque é que isto é importante para projectos de ferragens e estantes de refrigeração
Talvez pense: “Estamos no sector das estantes metálicas e das peças de refrigeração, porque é que falamos tanto de SMT?” Na vida real, eles estão interligados.
Componentes de câmaras frigoríficas, expositor comercial controladores, pequenas placas de circuito impresso escondidas perto do rede de proteção do compressor - todos eles dependem da qualidade estável do SMT. Se uma resistência minúscula se estragar e abrir, as luzes do seu belo armário apagam-se, as ventoinhas param ou a temperatura fica fora das especificações. Os utilizadores finais não se queixam de uma falha; queixam-se de que a sua comida ou bebida está quente.
Em QIAO vemos os dois lados: construímos cestos de congelação personalizados com rede traseira, componentes do congelador e outras peças metálicas, e também falamos todos os dias com as equipas de engenharia dos clientes. Muitos deles perguntam agora diretamente aos seus parceiros de PCB: ’Mostrem-me a vossa taxa de tombstone em passivos pequenos.“ Tornou-se um ponto de dor comum no lançamento de novos produtos.
Assim, se conceber hardware para congeladores de supermercado, refrigeradores de bebidas ou câmaras frigoríficas de laboratório, não trate o tombstoning como um pequeno defeito cosmético. É um sinal de que o equilíbrio de forças no seu cenário SMT está errado. Corrija os problemas térmicos, de pasta, de almofadas, de peças e de colocação numa fase inicial, e as suas prateleiras, estantes e compressores terão uma vida muito mais tranquila mais tarde.
