כשלים אופייניים בהרכבת PCB: איך ממזערים סיכונים?
אילוסטרציה | freepik
הרכבת מעגלים מודפסים היא רצף של החלטות קטנות שמסתכמות לאמינות גדולה. כל טעות בתכנון, בהדפסת משחה, בהצבה או בפרופיל תרמי יכולה להפוך לפסילה סדרתית, לעיכוב אספקה ולתיקונים יקרים
מי שמובילות ומובילים קווי SMT יודעים שהדרך הבטוחה היא מניעה מוקדמת, בקרה קבועה ולמידה מהירה מהשטח.
המפתח בהרכבת מעגלים מודפסים (PCB) הוא חיבור צמוד בין תכנון לייצור. מפרט הרכבה ברור, קבצי ייצור נקיים, תכנון לבדיקות, והסכמות עם המפעל לגבי סטנדרטים לפני תחילת ייצור. כאשר אנו מגדירים שפה אחידה, מרווחי בטיחות ומדדים פשוטים, שיעור הכשלים יורד באופן עקבי והזמן מהדפסה למסירה מתקצר.
תכנון מקדים ו DFM DFA כקו הגנה ראשון
שלב ה DFM DFA מאתר כשלים צפויים ומוזיל עלויות עוד לפני הזמנה. עוברים יחד על ספריית המידות, חלונות מסכה, קרבה בין רכיבים, פאנליזציה ויכולת גישה לבדיקה ותחזוקה.
-פתחים במסכת ההלחמה סביב פדים קרובים כדי למנוע חיבורי בדיל לא רצויים.
-התאמת מידות הפדים לתיקון קפיצה וזחילה של רכיבים קטנים.
-שילוב פידים ייחוס גלובליים ומקומיים לדיוק הצבה ועקיבה אחרי עיוות לוח.
-פאנליזציה עם חיבורי שחרור נוחים ושולי שינוע קשיחים למניעת עיקום.
כשלים בשכבת ההלחמה: הדפסה ומשחה
הדפסה לא יציבה היא מקור מרכזי לגשרים, חוסר בדיל וגרגריות. סטנסיל מתאים, משחה טרייה ותהליך ניקוי אחיד מספקים בסיס יציב לכל שרשרת ההרכבה.
-גשרים בין פדים עקב עובי סטנסיל גדול מדי או פתחים ללא צמצומים מתאימים.
-חוסר מלא בדיל בכפפות דקות, עקב דחיסה נמוכה או משחה מיובשת.
-טומבסטונינג ברכיבי 0402 ו 0201 בעקבות חוסר סימטריה באפורות.
-כדורי בדיל מפיזור עודף וללא שלב השריה מספק לפני השיא התרמי.
הצבה, קיטון והינתקויות
גם עם הדפסה תקינה, ריעוד הצבה וניהול פידרים משפיעים ישירות על שיעור פסילות. טעינת סלילים שגויה, חוסר זיהוי קיטוב, או מגשי רכיבים ללא ניקוי יוצרים כשלים סדרתיים שקשה לגלות בעין.
ניהול לחות ו MSL
רכיבים רגישי לחות מצריכים אפייה, תיעוד פתיחה ואיטום חוזר. ספיחת לחות תגרום להתפוצצות מיקרוסקופית בתנור ולחיבורים חלשים מתחת לרכיבי מארז שטוח. קובעים שעון MSL בתחנת הקבלה ומוודאים שהחזרה לאחסון נעשית באריזה אטומה ומסומנת.
-אימות קיטוב ופין 1 באמצעות ספריית סימונים אחידה והדרכת מפעילות.
-בדיקות עמידה ואפסים לאומדן כוח שאיבה ומניעת הטחות.
-החלפת זרועות ואצבעות וואקום לפי שעות עבודה כדי לצמצם נפילות.
-ניקוי פיני רכיבים במגשים צפופים לפני הצבה חוזרת.
הלחמת רפלואו ופרופיל תרמי
פרופיל תרמי נכון משחרר ממסים, מיצב את המשחה ומחבר מתכות ללא עיוות. בפרופילים לא יציבים נקבל חיבורים גרעיניים, HiP בביגא, חללים מוגברים תחת QFN ועיוות לוח. בונים פרופיל לפי מסה תרמית, תמהיל רכיבים וגודל הלוח, ומוודאים נייטרוגן כאשר נדרשת רמת גימור גבוהה.
-השריה אחידה עד טמפרטורת שיווי משקל כדי לצמצם שבשבת טמפרטורה.
-זמן מעל טמפרטורת התכה בתחומי יעד קצרים כדי להגן על רכיבים רגישים.
-קצב עלייה וקירור מבוקר למניעת תרמושוק וסדקי עייפות מוקדמים.
-פיצול פרופילים לפי משפחות לוחות ולא פרופיל יחיד לכל המפעל.
הלחמות Through Hole וגל סלקטיבי
בהלחמות חור עובר הכשלים הנפוצים הם חוסר מילוי, עמודי בדיל וקצרים בין רגליים. במערכות גל סלקטיבי יש יתרון של שליטה מקומית אך גם צורך בכיול מתמיד של פלוקס, חימום מקדים ומהירות מעבר.
עקרונות יציבות
מתחילים בכיול גובה גל ומיקום מיקרים. מוודאים אורך רגליים נכון, חימום מקדים שמייבש את הפלוקס בלי לשרוף, ובוחרים פורקי חום נכונים למסילות נחושת רחבות. תיעוד מרחקי גישה סביב מחברי כוח מאפשר להגדיר מגני מסכה ולהימנע מחיתוכים ידניים מיותרים.
ניקיון, מזהמים ושאריות שטף
שאריות יוניות וצורניות מגבירות דליפות ושחיקה. בחירת שטף ללא ניקוי אינה פוטרת מבקרה. בודקים עמידות בידוד, מבצעים בדיקות זיהום יוני, ומשלבים ניקוי סלקטיבי תחת רכיבים עם מרווח נמוך. תאימות בין חומרי ניקוי למסכות ולהדפסים מונעת הופעת כתמים לבנים או סדקים בציפוי.
מתי חובה לנקות
בעלי מתח גבוה, מכשור רפואי, ציוד תדר גבוה והיכן שיש רגישות סביבתית. שם מגדירים פרמטרי תהליך, מחליפים מדיות בזמן, ומוודאים ייבוש מלא כדי שלא לכלוא ממסים מתחת לרכיבים שטוחים.
BGA QFN ובדיקות תומכות
אריזות תחתיות מציבות אתגרי בדיקה ואמינות. חיבורים נסתרים דורשים בקרה שאינה תלויה בקו ראייה, ותכנון מוקדם לבדיקות מציל שעות פיתוח ושירות.
תכן לבדיקוּת
מגדירים נקודות בדיקה נגישות, מאגדים קבוצות רשתות למבחן גבולות, ומוסיפים מחבר בדיקה כאשר נדרש. משלבים שלוש שכבות בדיקה כדי להוריד סיכון: AOI לכל הלוח, צילום רנטגן לאזורים נסתרים, ו ICT או FCT לבדיקת תפקוד. רווחי מסכה סביב פדים תחתיים, ופתחים מדויקים בפד המרכזי של QFN, מפחיתים חללים וזחילה.
ESD, טיפול ואחסון
פרצי חשמל סטטי אינם נראים אך משאירים נזק מתעתע. מקימים אזור מוגן ESD עם קרקוע אישי, משטחי עבודה מוליכים ונעלי עבודה מתאימות. מתניידים עם מיכלים אנטיסטטיים, מתייגים מנות רכיבים ושומרים על רצף הגנה מהקבלה ועד אריזה סופית.
ניהול מנות וחיי מדף
רכיבים עם חיי מדף קצר דורשים FIFO ואחסון מבוקר. משחות הלחמה נשמרות בקירור, נפתחות לפי צורך ומוחזרות לאחר מיסוך זיהוי ברור. לוחות גולמיים נארזים באריזות ואקום ומוגנים מלחות כדי למנוע חמצון לפני הדפסה.
אמינות בשדה ומניעת כשלים מאוחרים
גם לוח שעבר בדיקות יכול להיכשל בשטח. עייפות תרמית, לחצים מכניים וחמצון מחברים הם גורמים שכיחים. בחלקים רגישים משלבים חיזוק מכני, Underfill מתחת לביגא, וציפוי קונפורמי נגד לחות ומזהמים. בוחנים פרופיל עומס צפוי ומריצים בדיקות האצה כמו מחזורי חום, רטט ונפילה כדי לגלות מוקדם נקודות תורפה. בתכנון מחברים שמים דגש על גאומטריית פילט עקב, שליטה במומנט הברגה במחברי press fit, וריווח מתאים כדי למנוע עומסים מצטברים בהרכבה סופית ומעבר רטט לקצוות הלחמה.
מדדי איכות, SPC ופתרון בעיות
בקרה סטטיסטית מאפשרת לראות סטייה לפני פסילה. עובדים עם DPMO ו FPY לכל תחנה, מפעילים SPC על הדפסה ועל זוויות רפלואו, ומבצעים 8D לבעיות חוזרות. כאשר הנתונים גלויים, מתקבלות החלטות מהירות ומשתפר קצב התיקון.
-ארבעה מדדי ליבה למעקב שבועי: FPY, DPMO, זמן תיקון ממוצע, ותשואת בדיקות תפקוד.
-דפי פרמטרים לכל תחנה עם גבולות שליטה ואחריות עדכון.
-תחקור מהיר של חריגה עם עובדות מצולמות וקופון בקרה מצורף.
-סגירת לולאה מול תכנון כדי לתקן ספריות, פדים ופתחים בסטנסיל.
כמה מילים לסיום
מניעת כשלים בהרכבת PCB מתחילה לפני ההזמנה ונמשכת עד יציאת המוצר לשטח. כאשר אנו מקפידים על DFM DFA, שומרים על הדפסה נקייה, מנהלים לחות וריעוד, מכוונים פרופילים תרמיים, ומבצעים בדיקות מתוכננות ושיטתיות, שיעור הפסילות יורד ותפוקת הקו עולה. תיעוד קצר, מדדים עקביים ותרבות שיפור מעשי הופכים אירועי איכות נקודתיים לידע ארגוני שמגן על לוחות עתידיים ומקצר זמן מסירה, בלי להקריב אמינות באמת.
**תוכן שיווקי
