Einführung
Während des PCBA-Herstellungsprozesses funktionieren viele Produkte während der Funktionsprüfung normal. Nach der Trennung des Panels, dem Transport oder einer längeren Nutzung können jedoch Probleme wie Risse im Kondensator, kalte BGA-Lötstellen und Chipausfälle auftreten. Bei der Ursachenforschung stellt sich häufig heraus, dass empfindliche Bauteile zu nah an der Leiterplattenschneide positioniert sind, wodurch mechanische Spannungen direkt auf die Lötstellen oder die Bauteile selbst übertragen werden.
Dieses Problem tritt besonders häufig bei PCBA-Produkten mit hoher -Dichte auf, beispielsweise in der Unterhaltungselektronik, Automobilelektronik und medizinischen Geräten. Da Leiterplatten immer dünner und Komponenten kleiner werden, sind Sicherheitsabstände nicht mehr nur ein strukturelles Problem, sondern wirken sich direkt auf die Produktzuverlässigkeit aus.
Was sind „empfindliche Komponenten“ in PCBA?
Im Bereich der PCBA-Fertigung reagieren nicht alle Komponenten empfindlich auf Schnittbelastungen. Die am stärksten gefährdeten Personen fallen hauptsächlich in die folgenden Kategorien:
1. MLCC-Keramikkondensatoren
Vielschichtige Keramikkondensatoren sind die empfindlichsten Bauteile. Die beim Nutzentrennen von Leiterplatten entstehende Biegespannung kann leicht zu Rissen in den inneren Keramikschichten führen. Während einige Risse möglicherweise nicht sofort zum Versagen führen, verschlimmern sie sich bei der späteren Verwendung allmählich.
2. BGAs und große Chips
BGA-Gehäuse reagieren sehr empfindlich auf Leiterplattenverformungen. Wenn die Schneidkante zu nahe an der Platinenkante liegt, kann es beim Biegen leicht zu Mikrorissen in den Lotkugeln kommen.
3. Quarzoszillatoren und MEMS-Geräte
Diese Komponenten haben komplizierte interne Strukturen; Mechanische Stöße können zu Frequenzabweichungen oder Funktionsstörungen führen.
4. Steckverbinder und hochpolige Komponenten
Bei Steckverbindern, die sich in der Nähe der Platinenkante befinden, kann es aufgrund der Spannung beim Trennen der Platine zu einer Ablösung des Pads oder zu Lötrissen kommen.
Unterschiedliche Schneidmethoden erfordern unterschiedliche Sicherheitsabstände
Viele Ingenieure verlassen sich beim Entwurf einer PCBA ausschließlich auf einen einzigen Erfahrungswert, der tatsächliche Sicherheitsabstand hängt jedoch stark vom Prozess der Plattentrennung ab.
1. Sicherheitsabstände für V-Cut-Nutzentrennen
V-Cut ist eine Trennmethode, die erhebliche mechanische Belastungen mit sich bringt, insbesondere bei manuellen Bruchszenarien, bei denen die Leiterplatte stark gebogen wird.
Allgemeine Empfehlungen:
- MLCCs:Mindestens 3 mm von der V-Schnittkante entfernt
- BGAs:Größer als oder gleich 5 mm von der V-Schnittkante entfernt
- Große Anschlüsse:Mindestens 5 mm vom Rand entfernt
Bei dünnen Platinen, Platinen mit hoher -Dichte oder Automobilelektronik müssen diese Abstände in der Regel weiter vergrößert werden.
2. Stanzlochtrennung
Stanzlöcher erzeugen eine relativ geringe Spannung, dennoch kommt es während der Stanzphase zu örtlich begrenzten Stößen.
Gängige Kontrollbereiche:
- Standardkomponenten für die Oberflächenmontage-:Größer oder gleich 2 mm
- Keramikkondensatoren:Größer oder gleich 3 mm
- BGA-Komponenten:Größer oder gleich 4 mm
3. Depaneling des Routers
Das Nutzentrennen von Routern ist eine Methode mit geringem{0}Stress und wird häufig bei der Herstellung von PCBAs mit hoher{1}Zuverlässigkeit eingesetzt.
Im Rahmen dieses Prozesses:
- Standardkomponenten können bei 1 mm–2 mm gehalten werden
- Empfindliche Komponenten sollten einen Abstand von 3 mm oder mehr haben
Obwohl das Nutzentrennen mit Fräsern belastungsfreundlicher ist, müssen Probleme wie Werkzeugvibrationen und Restgrate an den Platinenkanten dennoch berücksichtigt werden.
Viele PCBA-Fehler treten nicht in der Produktion auf
Unzureichende Sicherheitsabstände an Schnittkanten lassen Probleme bei der SMT-Bestückung oft nicht sofort erkennen.
1. Versteckte Risse sind schwerer zu erkennen
MLCCs können unter Belastung Mikro-risse entwickeln. Sie funktionieren möglicherweise während der IKT-Tests normal, weisen jedoch nach mehrmonatiger Kundennutzung zeitweise Ausfälle auf.
2. Während des Transports und beim Anziehen der Schrauben baut sich weiterhin Spannung auf
Komponenten, die sich in der Nähe der Platinenkanten befinden, sind während der Back-{0}}Endmontage, Transporterschütterungen oder dem Anziehen von Schrauben ständig äußeren Kräften ausgesetzt.
3. Temperaturwechsel führen zur Rissausbreitung
Bei PCBA-Produkten für Automobilelektronik und industrielle Steuerungen weiten sich ursprünglich mikroskopisch kleine Strukturschäden unter thermischen Wechselbedingungen allmählich aus.
Dies ist auch einer der Hauptgründe, warum viele Produkte „im Labor gut funktionieren, aber auf dem Markt zu Massenrenditen führen“.
Wie können Kantenrisiken während der PCBA-Designphase gemindert werden?
Der wirklich wirksame Ansatz besteht nicht darin, auf Produktionsanomalien zu warten und dann das Produkt zu überarbeiten, sondern Risiken während der PCB-Designphase proaktiv zu mindern.
1. Richten Sie Sperrzonen für Komponenten ein
Definieren Sie während der PCB-Layoutphase Sperrzonen um V-Schnitte oder Stanzlöcher, um die Platzierung empfindlicher Komponenten einzuschränken.
2. Optimieren Sie die Panelausrichtung
Bei bestimmten PCBA-Herstellungsprojekten kann die Anpassung der Plattenausrichtung den Spannungsübertragungspfad während der Plattentrennung reduzieren.
3. Priorisieren Sie die Anpassung der MLCC-Ausrichtung
Wenn die lange Seite eines Keramikkondensators senkrecht zur Schnittlinie verläuft, ist er anfälliger für Risse unter Belastung. Durch die Ausrichtung der Längsseite parallel zur Schneide kann dieses Risiko deutlich reduziert werden.
4. Ermöglichen Sie größere Margen für Produkte mit hoher -Zuverlässigkeit
Bei PCBA-Produkten für die Medizin-, Automobil- und Industriesteuerung wird nicht nur empfohlen, die für die „Herstellbarkeit“ erforderlichen Mindestabstände einzuhalten; auch die langfristige Zuverlässigkeit muss berücksichtigt werden.
Technische Bewertungen sind wichtiger als Erfahrung
Viele Probleme bei der PCBA-Herstellung entstehen nicht, weil Designer sich der Abstandsanforderungen nicht bewusst sind, sondern weil es während des Projektverlaufs an systematischen Überprüfungen mangelt.
Reife Entwicklungsteams konzentrieren sich während der DFM-Phase normalerweise auf Folgendes:
- Abstand zwischen empfindlichen Bauteilen und der Platinenkante.
- Einfluss von Plattentrennungsmethoden auf die Spannungsverteilung.
- Zusammenhang zwischen Bauteilausrichtung und Schnittpfaden.
- Ob das Panel-Layout ausgewogen ist.
- Ob es Bereiche mit lokaler Stresskonzentration gibt.
Mit diesen Überprüfungsschritten können die meisten potenziellen Risiken lange vor der Pilotproduktion identifiziert werden.
Was bei der PCBA-Herstellung die Produktstabilität wirklich beeinflusst, sind oft nicht komplexe Prozesse, sondern diese leicht übersehenen Details. Eine einfache Vergrößerung des Abstands zwischen empfindlichen Bauteilen und der Schneidkante um 1 Millimeter kann mitunter verhindern, dass eine ganze Charge später nachbearbeitet werden muss.
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