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La saldatura è un processo critico nei circuiti stampati assemblea e produzione. Tuttavia, possono verificarsi vari difetti di saldatura che ne riducono l'affidabilità e la funzionalità. Questa guida completa esamina i difetti di saldatura più comuni, le loro cause, le modalità di prevenzione e le tecniche di riparazione. Grazie alla comprensione dei potenziali problemi di saldatura, i produttori e gli assemblatori di PCB possono implementare strategie mirate per evitare i difetti e ottimizzare il processo di saldatura.
Con ELEELE, produttore e assemblatore di PCB affidabile, non dovrà mai preoccuparsi dei difetti di saldatura. In qualità di assemblatore di PCB one-stop, ELE presta sempre attenzione a ogni anello della catena di produzione, tra cui saldatura a onda e saldatura a riflusso.
Difetti di saldatura e modalità di guasto comuni
Questa sezione illustra i difetti di saldatura più diffusi, raggruppati in categorie in base alla modalità di guasto.
Circuiti aperti
Per prima cosa, parliamo del circuito aperto dove la corrente non può fluire. Affinché la corrente fluisca attraverso il circuito, è necessario un percorso ininterrotto, il cosiddetto "circuito chiuso". Se c'è un'interruzione o una rottura nel circuito, questo diventa un circuito aperto, che impedisce il passaggio della corrente. In un circuito aperto, i due terminali non sono collegati, con conseguente interruzione della continuità del circuito. Anche se non scorre corrente, può comunque esserci una caduta di tensione tra due punti del circuito.
- Apertura delle saldature: Un giunto di saldatura aperto si verifica quando non c'è connessione tra il conduttore del componente e la piazzola del PCB. Di solito si verifica quando il conduttore e la piazzola non si saldano in modo adeguato. L'apertura porta a un circuito incompleto.
- Pads sollevati: Il pad si stacca dalla superficie del PCB a causa del calore eccessivo o delle vibrazioni durante la saldatura. Il risultato è una perdita di connessione elettrica.
- Salti di saldatura: I salti si verificano quando la pasta saldante non viene applicata alle piazzole SMD, lasciando porzioni di giunzione non saldate. Questo può creare circuiti aperti.
Diario dell'ingegnere
Una volta ci siamo trovati di fronte a un problema di tombstoning di lunga data su una scheda ad alta densità di componenti che utilizzava condensatori 0402. L'ispezione ottica automatizzata (AOI) segnalava costantemente le stesse posizioni dei componenti. Il colpevole non era il profilo di rifusione, ma il progetto del PCB, poiché una piazzola del condensatore era collegata a un piano di massa molto grande, mentre l'altra piazzola era collegata a una traccia molto piccola.
Durante la rifusione, la piccola piazzola di traccia si scaldava e rifluiva più velocemente, trascinando il pezzo verso il basso per effetto delle forze polari del filo, mentre l'altro lato era ancora un dissipatore di calore e non era ancora rifuso. Per risolvere questo problema, abbiamo modificato il progetto aggiungendo dei rilievi termici alla connessione del piano di massa, in modo da ripartire equamente il carico e rendere stabile il pezzo.
Cortocircuiti
A cortocircuito è un percorso a resistenza inaspettatamente bassa che attraversa una corrente insolitamente elevata. Un cortocircuito si verifica quando la resistenza del circuito, o il valore di resistenza di una parte del circuito, scende a quasi zero ohm. I cortocircuiti sono solitamente causati da un cablaggio non corretto o da un isolamento danneggiato.
- Ponti di saldatura: Le saldature formano un collegamento involontario tra conduttori adiacenti del PCB, creando un cortocircuito. I ponti sono spesso causati da un eccesso di saldatura.
- Sfere di saldatura: Durante la rifusione, sulla superficie del PCB possono formarsi piccole sfere di saldatura. Se intrappolate tra i conduttori, possono causare cortocircuiti.
- Spruzzi di saldatura: Uno schizzo di minuscole gocce di saldatura può causare cortocircuiti. Gli schizzi sono generalmente dovuti a impurità o contaminanti della saldatura.
Diario dell'ingegnere
Un nuovo prodotto che utilizzava un QFP con passo di 0,4 mm non superava i test funzionali a causa di corti intermittenti. L'ispezione visiva era difficile, ma i raggi X hanno rivelato ponti di saldatura minuscoli e simili a capelli tra i pin. Il volume della pasta saldante era corretto, ma la pasta si stava smollando e diffondendo prima del reflow. Il problema era duplice: l'apertura dello stencil era stata tagliata leggermente troppo grande per la piazzola e la pasta saldante stessa aveva caratteristiche di slump scadenti.
Siamo passati a uno stencil tagliato al laser ed elettrolucidato con una riduzione dell'apertura di 10% e abbiamo qualificato una nuova pasta saldante con un contenuto di metallo più elevato e una migliore reologia. In questo modo abbiamo ottenuto la definizione di stampa nitida necessaria per eliminare i ponti.
Giunti deboli
- Giunti a saldare a freddo: Un calore inadeguato durante la saldatura porta a una bagnatura incompleta e a giunti deboli e "freddi". Queste sono identificabili da una superficie ruvida e opaca.
- Articolazioni disturbate: Chiamati anche "giunti di saldatura disturbati". Il movimento dei componenti durante la saldatura impedisce il corretto incollaggio e causa problemi di affidabilità.
- Vuoti di saldatura: I vuoti o i fori all'interno del giunto di saldatura riducono significativamente la resistenza della connessione. I vuoti sono causati da contaminazione o scarsa bagnatura.
- Insufficiente Saldatura: L'applicazione di una quantità insufficiente di stagno su un giunto comporta prestazioni elettriche e meccaniche scadenti. Il giunto può apparire poco riempito.
Diario dell'ingegnere
Sacche di gas intrappolate all'interno del giunto di saldatura, visibili ai raggi-X. Queste sono spesso causate dal degassamento dei volatili del flussante che non hanno il tempo di fuoriuscire. Mentre piccoli vuoti sono spesso accettabili secondo gli standard IPC, vuoti di grandi dimensioni sotto il pad termico di un QFN, ad esempio, possono degradare gravemente le prestazioni termiche e portare al surriscaldamento del componente.
Altri difetti
- Bagnatura delle saldature: La saldatura non aderisce adeguatamente alla piazzola del PCB o al conduttore del componente. La bagnatura è visibile nelle aree in cui manca la copertura della saldatura.
- Residui di flusso di saldatura: I residui di flussante dopo la saldatura possono causare problemi di corrosione o di resistenza dell'isolamento. I residui di flussante si presentano come residui bianchi, marroni o chiari.
- Cricche da saldatura: Le crepe all'interno dei giunti di saldatura sono spesso causate da sollecitazioni o da cicli termici ripetuti. I giunti incrinati hanno una resistenza e una conduttività ridotte.
- Tomba: Durante la rifusione, un'estremità del componente si solleva dalla piazzola, come una pietra tombale. Questo disallineamento provoca aperture o cortocircuiti.
Cause dei più comuni difetti di saldatura dei PCB
Capire quali sono le cause dei difetti di saldatura è fondamentale per prevenirli. Ecco alcune delle cause più comuni delle modalità di guasto sopra descritte:
- Un calore insufficiente o un raffreddamento troppo rapido durante la saldatura causano giunti freddi, vuoti, scarsa bagnatura e altri difetti.
- Un'eccessiva quantità di saldatura può creare ponti, ghiaccioli e tombature. Una quantità di saldatura troppo bassa provoca aperture e bagnature.
- La contaminazione delle saldature da parte di oli, ossidi, grassi o sostanze chimiche provoca bagnature, vuoti, ghiaccioli e altri problemi di affidabilità.
- Il disallineamento o il movimento dei componenti durante il processo di rifusione provoca tombstoning, distorsione e giunzioni disturbate.
- Problemi di progettazione come l'insufficiente scarico termico, le dimensioni ridotte dei pad o la spaziatura non corretta dei pad contribuiscono a causare tombstoning, ponti e salti.
- Un eccessivo shock termico durante la saldatura o il funzionamento solleva le piazzole e provoca nel tempo la formazione di crepe.
- Il flusso di saldatura residuo aumenta la resistenza dell'isolamento e crea un potenziale di corrosione.
- I problemi di qualità della pasta saldante, come l'elevato slump, il basso contenuto di metallo o la contaminazione, causano la formazione di palline di saldatura, schizzi e ponti.
Prevenzione dei difetti di saldatura dei PCB
Progettazione per la produzione (DFM)
- Lasciare uno spazio sufficiente tra gli elementi conduttori per evitare ponti.
- Incorporare un adeguato scarico termico nei progetti dei pad per evitare il tombstoning.
- Specificare le dimensioni e le distanze dei componenti per adattarli alla disposizione delle piazzole.
- Assicurarsi che le dimensioni delle piazzole corrispondano alle dimensioni dei conduttori dei componenti.
- Eliminazione di pad, vias e tracce non necessarie. -Verificare la funzionalità con prototipi e test.
Controlli della pasta saldante
- Selezionare l'alta qualità pasta per saldare adatto al processo di assemblaggio.
- Implementare l'ispezione della pasta saldante per verificare la qualità dell'applicazione.
- Conservare correttamente la pasta saldante e gettarla quando è scaduta.
- Utilizzare la velocità di stampa della pasta saldante, la pressione e la separazione ottimali per il PCB.
- Pulire regolarmente gli stencil e monitorare la qualità dell'apertura.
Controlli di processo
- Impostare le zone del forno di riflusso per ottenere il profilo termico e l'atmosfera ideale.
- Controllare la velocità di raffreddamento per evitare difetti indotti dalla temperatura.
- Utilizzare un flussante non pulente o pulire accuratamente dopo la saldatura.
- Ispezionare le schede durante la produzione per individuare tempestivamente i problemi.
- Monitorare i parametri di processo come la temperatura e la velocità del trasportatore.
- Certificare gli operatori sulle corrette tecniche di saldatura.
Ispezione e test
- Ispezionare visivamente i giunti di saldatura per verificarne l'accettabilità.
- Ispezione a raggi X possono individuare i difetti nascosti.
- I dispositivi TIC controllano i collegamenti elettrici.
- Implementare l'ispezione ottica automatizzata (AOI).
- Testare funzionalmente gli assemblaggi sottoponendoli a cicli di temperatura.
Riparazione dei più comuni difetti di saldatura
Molti difetti di saldatura possono essere riparati attraverso una rilavorazione, salvando il Assemblaggio di PCB. Ecco alcune linee guida per la riparazione di difetti tipici:
Ponti di saldatura: Utilizzare un saldatore, una treccia di saldatura o una ventosa per rimuovere la saldatura in eccesso che crea il ponte. Evitare il surriscaldamento dei giunti vicini.
Giunti a freddo: Riscaldare il giunto difettoso con un saldatore fino a ottenere una buona bagnatura, quindi lasciarlo raffreddare correttamente.
Saldatura palle: Rimuovere con una pinzetta, un aspiratore o un nastro adesivo. Evitare di danneggiare i componenti o i giunti vicini.
Lapidi: Riallineare e rilavorare il componente evitando di danneggiare il PCB o i componenti adiacenti.
Cuscinetti sollevati: Tentare di riattaccare il cuscinetto con adesivo o materiale in fibra di vetro. Rielaborare i componenti come necessario. I pad gravemente sollevati possono richiedere la sostituzione della scheda.
Saldatura vuoti: Utilizzare un saldatore con flussante per rifondere il giunto e riempire eventuali vuoti. Fare attenzione a non danneggiare il PCB o il componente.
Residui di flusso: Pulire con alcol isopropilico, a mano o con un sistema di pulizia automatico. Evitare di strofinare.
Apertura/salti: Utilizzare la pasta per saldare o il filo con un saldatore per riempire la saldatura mancante. Far coincidere il profilo del giunto con quello originale.
Per i difetti più gravi, può essere necessaria la rimozione e la sostituzione completa dei componenti utilizzando strumenti di saldatura/desaldatura. Gli specialisti della rilavorazione professionale possono riparare alcuni difetti complessi.
Conclusione
La comprensione dei più comuni difetti di saldatura, come giunti freddi, ponti, tombstoning e pad sollevati, è fondamentale per la gestione della qualità dei PCB. Implementare design e i controlli di processo possono prevenire l'insorgere di molti difetti.
Quando si verificano dei difetti, gli operatori qualificati sono in grado di riparare molti problemi attraverso tecniche di rilavorazione selettiva. Con attenzione e preparazione, è possibile ridurre al minimo l'impatto dei difetti di saldatura sull'affidabilità del prodotto e sull'efficienza della produzione.
Domande frequenti
A1: La contaminazione della pasta saldante dovuta alla formazione di ossido o a fattori ambientali è la causa principale del balling della saldatura durante il riflusso.
A2: I giunti freddi hanno un aspetto ruvido e opaco rispetto alla superficie liscia e lucida di un buon giunto. Possono anche apparire granulose o poco riempite.
A3: Controlli accurati del processo, come la regolazione della temperatura del saldatore, l'uso di punte della giusta dimensione e il rispetto degli standard di saldatura IPC, ridurranno al minimo il sollevamento delle piazzole.
A4: Le dimensioni e la massa ridotte rendono i componenti SMD più suscettibili agli squilibri termici durante la rifusione, aumentando il rischio di tombstoning.
A5: L'ispezione a raggi X e la sezione trasversale sono metodi efficaci per rilevare difetti sottosuperficiali come vuoti e cricche non visibili all'esterno.
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