Из большой партии собранных печатных плат с двухсторонним монтажлм компонентов 20 оказались деформированы. Компоненты имеют разную высоту. Существуют ли какие-нибудь методики и рекомендации, чтобы попытаться "распрямить" их?Первый вопрос, который возникает, чем вызвана деформация? Почему только 20 сборок из довольно большой, как указано, партии оказались деформированы? Что именно в этих платах было «неправильным»? Было ли это связано с тем, в каких условиях платы хранились после монтажа или как с ними потом обращались? Использовалась ли стандартная печь для оплавления? Не вносились ли какие-либо изменения в настройки параметров отжига? Слишком много входящих вопросов.
Причиной коробления плат могло стать неправильное размещение и удержание плат в печи, ошибочные профили оплавления, вызывающие деформацию плат во время процесса оплавления. Были ли эти 20 плат из одной упаковки? И тогда коробление могло случиться из-за неправильных условий хранения и попадания влаги внутрь плат. Или они были из разных упаковок? Проверялись ли платы на указанный дефект до начала сборки?
Как бы то ни было, надо принять тот факт, что распрямить и исправить эти 20 плат без потери надежности будет невозможно. Можно, конечно, попробовать использовать какое-нибудь приспособление, похожее на то, что используется при подаче плат в печь оплавления, что-нибудь для фиксации плат с помощью направляющих и зажимов. Оставить их в таком положении некоторое время в надежде, что это поможет слегка выправить дефект.
В любом случае, нужно осознавать, что в этой деформированной «конфигурации» присутствуют твердые паяные соединения. Реальность такова, что если попытаться выпрямить плату, некоторые из них могут быть повреждены или просто разрушены. И платы уже точно не удастся спасти, если требуется заданная плоскостность при окончательной сборке.
Комментарии
Существует вот такая процедура восстановления деформированной печатной платы. На схеме сборки перед удалением каких-либо компонентов или проводников необходимо отметить расположение компонентов, типы, значения, ориентацию и номера деталей. Примечание. Эта информация обычно содержится в технических руководствах или чертежах производителя. Если чертежи недоступны, сделайте эскиз или цифровую фотографию сборки, показывающую расположение компонентов, расположение проводников и маркировку платы.
Удалите любое защитное покрытие с ремонтируемой зоны, используя один из методов удаления защитного покрытия, описанных в WP 006 00 (пункт 06-5.4). Снимите компоненты, необходимые для обеспечения доступа к зоне ремонта, или все компоненты для искривленного ламината (WP 007 00 для компонентов со сквозным отверстием или WP 018 00 для устройств для поверхностного монтажа). Установите температуру в печи на 257°F (125°C). Зажмите края деформированной платы между двумя жесткими металлическими пластинами.
Поместите сборку в печь. Нагревайте зафиксированную плату в течение часа. После часового цикла выключите нагрев, оставив зафиксированную плату внутри печи. Примечание. Это позволит сборке медленно остыть до комнатной температуры, смягчая снятие напряжения.
После того как печь остынет и температура зафиксированной платы вернется к комнатной, выньте ее, снимите зажим(ы) и металлические пластины (ребра жесткости). Проверьте, достаточно ли уменьшилась деформация для восстановления функциональности. Повторяйте циклы нагрева/остывания, пока деформация не уменьшится на столько, чтобы восстановить функциональность. Очистите поверхность ламината изопропиловым спиртом и промокните насухо чистой безворсовой тканью. Замените снятые компоненты, чтобы облегчить ремонт.
Frank Honyotski, STI Electronics Inc.
Само собой разумеется, что надежность плат будет полностью потеряна. Единственный способ получить плоскую плату — это пропустить сборку через печь оплавления, закрепив плату специальным приспособлением, которое оказывает очень небольшое усилие на края ламината. А вообще, лучшее, что можно сделать, это просто выбросить сборки. В противном случае вы потратите время и деньги на создание заведомо ненадежной сборки.
Jaye Waas, Renkus-Heinz
Вы не можете разогнуть/выпрямить печатную плату после пайки. Тонкие дорожки толщиной 4 или 5 мил могут разорваться. Перед пайкой необходимо установить элементы жесткости, чтобы плата оставалась плоской. Неважно, большая это плата с тяжелыми компонентами или панель из крошечных плат. Деформированные платы с SMT-компонентами с двух сторон создают проблемы при использовании машин для захвата компонентов и пайки.
Otto Steiner, Compufab Inc
Нередко в упаковке от поставщика печатных плат может попасться какая-нибудь плата с дефектом. Она может обнаружиться и в середине пачки, скажем, из 50 плат. В блоке плата будет плоской, но после снятия упаковки деформация проявится вновь. И если ее не распознать заранее, то в таком виде плата и попадет на конвейер, а затем в печь оплавления. Откуда после сборки и выйдет с указанным дефектом.
Выравнивание голой деформированной платы FR4 — простой процесс, однако он сильно осложняется наличием компонентов. Прежде всего вам необходимо знать температуру стеклования (Tg) ламината. Типичная температура составляет 120°C для плат без RoHS, 150°C для RoHS с оплавлением, и 170°C для плат RoHS, паяных волной припоя.
Несмонтированные платы предлагается зажать между двумя плоскими металлическими пластинами и поместить в печь с температурой +/- 10°C выше Tg. Это позволит ламинату стать «мягче». Выключите печь, и платы сохранят зафиксированную форму при возвращении ниже температуры Tg.
На готовых сборках можно провести ту же процедуру. Однако я бы предложил использовать титановые ребра жесткости, Все, что вам действительно нужно сделать, это зажать края платы между двумя прямыми поверхностями, которые не деформируются при высокой температуре. Снова нагрейте плату до температуры на 10°C выше Tg, выдержите некоторое время, обычно от 20 до 30 минут, затем дайте медленно остыть ниже Tg. Как только температура сборки упадет ниже Tg, плата сохранит форму, в которой она находится в данный момент (то есть, в выровненном положении).
Некоторые важные вещи, о которых следует помнить: если на плате установлены электролитические конденсаторы, не предназначенные для поверхностного монтажа, пластик при нагреве сожмется или расплавится, и конденсаторы точно высохнут, поскольку большинство из них не переносят температуры выше 105°C. Я бы рекомендовал снять и заменить их позже.
Влага в плите в результате производственного процесса обычно приводит к образованию вздутий, пузырей или расслоению во время процесса оплавления или пайки волной припоя, а не к короблению. Также проверьте спецификации производителей всех разъемов и компонентов критического типа.
Les Watts, Testerion
«Возможно, реальность такова, что если вы попытаетесь выпрямить сборку, вы разрушите некоторые из этих паяных соединений…». Справедливое утверждение. Заказчик также должен быть предупрежден о возможности растрескивания и скрытых неисправностей установленных MLCC (керамических чип-конденсаторов), если он попытается выпрямить деформированные печатные платы.
Jim Wright, NIC COMPONENTS CORP.
Вероятная причина деформации некоторых плат заключается в том, что разработчик пытался получить как можно больше заготовок из листа ламината, и поэтому большинство печатных плат ориентированы в одну сторону, но ряд плат ориентированы на 90 градусов относительно остальных, чтобы располагаться вдоль одного из краев листа ламината. Рекомендации по проектированию для ориентации общей длинной оси отдельных печатных плат и общие особенности меди с длинной осью ориентации волокон были проигнорированы, как это часто бывает. Однако некоторые структуры подвержены серьезной деформации во время оплавления, и именно поэтому отдельные платы «получаются» с серьезной деформацией, а другое – без нее.
Есть три способа проверить это предположение. Первый — просто спросить у производителя про расположение заготовок на панели, которые затем использовались для изготовления всей партии. Если производитель не очень «отзывчив», то второй метод — сравнить под увеличением ориентацию волокон деформированных печатных плат с теми, которые не деформируются. Третий — определить, кратно ли общее количество деформированных печатных плат общему количеству в партии. Если кратно, то БИНГО!.
Richard Stadem, Kongsberg Defence AS
Обычно деформация от структурных напряжений представляет опасность только для крупных безвыводных керамических компонентов. Рассмотрим, например, квадратную печатную плату размером 6 дюймов с общим прогибом 0,600 дюйма по ширине ламината, имеющую отклонение на дюйм — 0,100 дюйма, что намного превышает предел 0,075 дюйма на дюйм, разрешенный рекомендациями IPC. Величина деформации по длине и более крупного конденсатора в корпусе 1206 составляет примерно 0,00084 дюйма, что, вероятно, не создает большой нагрузки на компонент, если учесть, что даже припой SAC305 имеет определенный фактор смягчения наапряжений. Остальные более крупные компоненты, за исключением крупных безвыводных BTC и т.д., обычно имеют детали с соответствующими выводами, принимающие на себя такую нагрузку.
Таким образом, даже более крупный компонент BTC размером 30×30 мм не подвергнется большой нагрузке, если плата будет помещена в приспособление с 6 регулируемыми зажимами по периферии с центральной опорой. Отожгите эту конструкцию при температуре 105°C в течение 4 часов, затем приложите немного большее давление к зажимам, распылите флюс и повторно оплавьте CCA и дайте остыть, пока плата все еще зафиксирована.
Эта процедура предполагает допущение, что все компоненты могут пройти повторное оплавление и сама плата не имеет конформного покрытия. Конечно, после температурной обработки печатная плата по-прежнему будет «напрягать» компоненты, стремясь вернуться к исходному состоянию (эффект памяти), но обычно это очень небольшая величина изменения, и если готовую плату затем довольно быстро зафиксировать в корпусе, напряжение значительно уменьшится, а то, что останется, пропадет уже через несколько дней, поскольку припой со временем теряет твердость. Для припоя Sn63 процентное содержание Pb37 значительно увеличивает фактор релаксации, обычно в течение 24 часов. Фактические уровни напряжения можно измерить с помощью методов IPC-TM-650 для измерения бокового напряжения/КТР.
Имейте в виду, что вышеописанный сценарий — это действительно худший сценарий. Для CCA класса 3 я бы не рекомендовал это в случаях сильной деформации. Но для применений, где типичная деформация составляет 0,075 дюйма на дюйм или меньше, это может оказать незначительное влияние или вообще не повлиять на надежность, даже если НИКАКАЯ попытка доработки не предпринималась, при условии, что CCA можно качественно закрепить в корпусе изделия или корпусе окончательной сборки.
Theodore Kleever, Wallace Grommet and Bushing, Inc.
Подробнее в статье. Еще статьи по теме монтажа и изготовления печатных плат: