Dovrei preoccuparmi del rischio di tombstoning?


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Un collega (apparentemente senza successo :-)) ha cercato di convincermi del rischio di lapidazioni

tombstoning

nella seguente situazione:

Dettaglio PCB

Sostiene che il pad 1 per R55 e R59 perderà calore più velocemente durante la saldatura perché hanno due tracce in uscita, mentre il pad 2 ne ha solo uno e ciò provocherebbe danni alle tombe. Francamente, non ho mai notato nulla di simile, anche queste resistenze 0402 giacciono perfettamente piatte sul PCB. Sono troppo disinteressato?

(Le tracce sono larghe 0,2 mm)

modifica
Avrei potuto anche mostrare 0402 parti con un pad collegato tramite 4 raggi a un getto di rame, che dovrebbe essere ancora peggio, ma ancora una volta nessun problema.


1
Cosa, no accetta? :-)
Russell McMahon,

Risposte:


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Sommario:

  • Le prospettive di demolizione aumentano con la riduzione delle dimensioni dei componenti a causa della ridotta energia di ritenzione dalle forze di tensione superficiale rispetto alle forze autocentranti che causeranno la demolizione se si verifica uno squilibrio meccanico. 0402 sembra essere sul punto in cui inizi davvero a preoccuparti (anche se con la dovuta mancanza di cura alcuni lo gestiscono a 0603 :-)) e con 0201 importa davvero. Se sei "abbastanza reale" per usare 0201 probabilmente hai altre questioni ancora più importanti da tenere in considerazione!

  • Ci sono molti più fattori coinvolti oltre alla semplice velocità di raffreddamento, ed è molto un caso di "YMMV", ma saresti saggio prestare attenzione al tuo amico - anche se non è necessariamente responsabile di essere un problema travolgente, ci sono così tanti fattori che se accadesse frequentemente nel tuo caso, non saresti totalmente sorpreso.

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Tombstoning contribuisce molto di più della semplice velocità di raffreddamento grezza: i fattori includono dimensioni dei cuscinetti, forme dei cuscinetti, forma di saldatura utilizzata, saldabilità, rugosità superficiale, tipo e marchio di pasta, profilo di riflusso ... e altro ancora.
Anche i livelli di ossigeno e l'uso di un'atmosfera inerte possono fare la differenza.

È facile prestare un po 'più di attenzione al problema quando scendi a 0402 e sotto e quindi riduci le possibilità di avere una brutta giornata in seguito. Non fa male essere consapevoli dei problemi anche con i componenti 0603 "per ogni evenienza".


Ecco un eccellente documento sulla questione TOMBSTONING DEI COMPONENTI 0402 E 0201: "UNO STUDIO CHE ESAMINA GLI EFFETTI DI VARI PROCESSI E PARAMETRI DI PROGETTAZIONE SU DISPOSITIVI PASSIVI ULTRA-PICCOLI" che probabilmente ti dice più di quanto tu abbia mai voluto sapere. I risultati si basano su un campione molto ampio di test (48 combinazioni di test e 50.000 campioni!). Lettura interessante

Ecco un documento meno utile ma comunque interessante che si concentra sulla composizione di saldatura e incolla e afferma di risolvere i problemi del mondo con formulazioni appropriate Prevenzione dei problemi di lapide per piccoli dispositivi a chip . La loro idea di "piccolo" è 0603 e 0402.

Questo documento sulla risoluzione dei problemi di Tombstone sottolinea che non esiste una singola causa o soluzione, ma identifica anche in modo molto chiaro il raffreddamento differenziale come un problema significativo, con un'immagine di esempio che è scomodamente vicina alla tua per scopi pratici:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

              Pad 2            Pad 1 
  • Dicono: se il Pad 1 è collegato a un'ampia traccia, piano di massa o altro elemento di dissipazione del calore. Il pad 2 è collegato a una traccia più sottile o a un elemento circuitale meno massiccio. Il pad 2 sarà spesso più caldo del pad 1 e verrà riflesso prima del pad 1. Questa differenza di temperatura provoca una differenza di temporizzazione del riflusso. Quando il Pad 2 si bagna per primo, la forza di bagnatura del Pad 2 può essere sufficiente per superare la forza del Pad 1 risultante in un componente distrutto

Questo white paper di luglio 2011 concorda con il tuo amico. La soluzione a bassa massa a 0402 Tombstoning

In sintesi dice:

  • Le variazioni dei componenti [caratteristiche termiche] devono essere prese in considerazione nella geometria del tampone, altrimenti si potrebbero verificare delle lapidazioni. Raccomanda inoltre di trattare ciascun pad come un gruppo e di garantire che la densità del rame di ciascun pad sia uguale (o molto vicina), il che significa che entrambi i pad raggiungono la stessa temperatura e lo stesso liquido allo stesso tempo. Inoltre, afferma Reno, entrambi i cuscinetti dovrebbero raggiungere contemporaneamente il flusso di saldatura verso il rame esposto ed essere uguali nel volume di saldatura necessario per controllare l'azione capillare.

inserisci qui la descrizione dell'immagine


Più o meno lo stesso

Discussione netta SMT - più o meno la stessa cosa. Orrendo :-)

http://www.circuitsassembly.com/cms/news/11404-suntron-recommends-solutions-to-0402-tombstoning-


Glossario:

  • MD = metallo definito. Si riferisce al pad PCB. Tutta l'area metallica disponibile è un pad senza estensione del pad limitante della maschera di saldatura.

  • SMD = maschera di saldatura definita. Il metallo si estende oltre l'area del cuscinetto definita dalla maschera di saldatura.

  • YMMV = il tuo chilometraggio può variare = avvertimento emptor = ciò che sperimenti può essere diverso da quello che provo, ecc. Origine USA. È un commento ironico, quasi uno scherzo cinico basato sulle affermazioni della pubblicità automobilistica statunitense. vale a dire Nel nostro test, la Model XXX auto ha ottenuto 56 mpg in un test di guida su un ciclo urbano - YMMV. vale a dire, mentre abbiamo ottenuto 56 mpg, non è possibile.


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Bella risposta, Russell. +1
Olin Lathrop

1
Qualcuno può dire per favore a cosa si riferisce "YMMV" e cosa significa "MD" nello schema? Grazie.
Sean87

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@Sean: sono fastidiose abbreviazioni che le persone usano quando pensano che tutti dovrebbero sapere cosa significano. Direi che sono TLA, ma in questo caso sono abbreviazioni di 4 e 2 caratteri ;-) Questo è esattamente il motivo per cui le abbreviazioni senza definirle sono una cattiva idea, specialmente su un forum così internazionale, eppure persistono. Penso che YMMV dovrebbe essere "il tuo chilometraggio può variare". MD è generalmente inteso come "Medico" da queste parti.
Olin Lathrop,

2
MD / SMD nuovo anche per me, ma l'intento può essere visto nel diagramma. MD = metal definito (tutto il metallo è un pad senza maschera che lo limita). SMD = maschera di saldatura definita: il metallo si estende oltre l'area del pad definita dalla maschera di saldatura. // YMMV = il tuo chilometraggio può variare = avvertimento emptor = ciò che sperimenti può essere diverso da quello che provo io ecc. È un commento ironico, quasi uno scherzo cinico basato su affermazioni di pubblicità automatica degli Stati Uniti. vale a dire Nel nostro test, la Model XXX auto ha ottenuto 56 mpg nel test di guida urbana - YMMV. Vedi glossario aggiunto alla fine della mia risposta.
Russell McMahon,

Prima di questo, pensavo che Tombstone fosse causato da The Undertaker!
Sean87

6

L'unico caso di tombstoning che ho visto personalmente è stata una scheda progettata da un cliente prima che mi coinvolgessi. Il problema era che i bordi interni degli elettrodi erano troppo vicini l'uno all'altro. Il produttore ce lo ha fatto notare e ci sono stati meno problemi sulle schede successive con questo risolto. L'impronta migliore si è rivelata vicina a quella consigliata nel foglio dati della resistenza. Apparentemente l'ingegnere originale non l'ha mai guardato, né ha reso i pad troppo grandi per qualsiasi motivo perché immaginava che sarebbe stato meglio. Erano 0603 parti. Naturalmente questo problema è peggiore per le parti più piccole come 0402.

Se non sei sicuro di qualcosa del genere, chiedi all'assemblea. Hanno a che fare con impronte buone e cattive ogni giorno e di solito hanno una buona idea di cosa possono costruire in modo affidabile e che cosa causa problemi.

  


Forse il designer originale voleva che l'impronta fosse compatibile con 0402, nel caso in cui fossero più economici di 0603?
Stevenvh,

@stevenvh di quel designer dovrebbe essere portato fuori e sparato :) scherzo a parte, se un ragazzo che progetta qualcosa per una frazione di centesimo (la differenza di costo tra 402 e 603), c'è un problema con quell'azienda (cioè i margini sono stupidamente bassi ) o l'ingegnere non è davvero così esperto, riflessivo o intelligente. Non riesco a pensare a nessun altro motivo per rendere i pad compatibili con entrambi.
Frank,

1
@Frank - Non sono d'accordo. Ci sono molte aziende che stanno andando alla grande solo perché prestano attenzione ad ogni elemento di costo, per quanto insignificante possa sembrare. Immagino che difficilmente sarai in grado di ottimizzare ulteriormente i costi di un iPhone, ad esempio.
Stevenvh,

3

Ho pensato che lo scopo di seguire il profilo della saldatura di riflusso durante la fase di ricarica fosse specificamente quello di evitare questo tipo di cose: si assicura che tutti i componenti e la loro saldatura si uniscano a una temperatura costante anziché un raffreddamento più veloce di altri regolando il raffreddamento della temperatura ambiente.

Naturalmente, se non si utilizza il riflusso, controllare la temperatura ambiente è difficile ...

Una cosa che il tuo collega non ha preso in considerazione ... Poiché l'R59 indurrà calore nella pista di rame, parte di quel calore entrerà nell'R57. Parte del calore proveniente da R55 andrà in R59, ecc. Quindi la differenza complessiva di temperatura e raffreddamento - se i componenti vengono riscaldati insieme ad aria calda, per esempio - dovrebbe (avrei pensato) minima. La differenza nel raffreddamento sarebbe un problema solo se la pista fosse in grado di dissipare il calore, cosa che non accadrà se la pista è calda come i componenti e la loro saldatura.

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