Возможные причины
Механические трещины возникают из-за избыточной механической нагрузки после того, как конденсаторы припаяны на печатную плату.
Избыточная механическая нагрузка может быть результатом следующих факторов:
- Исключительные обстоятельства:
- посадка с натягом — например, недопустимое физическое воздействие. - Нормальные обстоятельства:
– дизайн сборки;
– депанелизация платы, вызвавшая изгиб платы;
– автоматическое тестовое оборудование, использующее в качестве контактов матрицу игольчатых контактов «ложе гвоздей». Нарушения зачастую происходят в непосредственной близости или на поддерживающих стойках испытательного стенда. Вакуумные зажимы также могут быть причиной избыточного изгиба печатной платы;
– искажение/деформация печатной платы, вызванная условиями хранения или особенностями конструкции печатной платы. Часто деформированная печатная плата выпрямляется после пайки, что вызывает появление механических трещин в конденсаторах
– установка компонентов с использованием радиальных/сквозных отверстий,особенно если между радиальными выводами и отверстиями на плате имеется плотное соединение;
– подсоединение жестких деталей, таких как теплоотводы;
– установка микросхем, разъемов в гнезда для пайки без поддержки;
– транспортировка/хранение и обработка печатной платы, позволяющие плате изгибаться;
– установка собранных узлов на окончательную сборку — например, прищелкивание или чрезмерное затягивание винтов.
Меры по предотвращению
Тесты на избыточный изгиб, проведенные с помощью Knowles PrecisionDevices, включая анализ продуктов конкурентов, доказали, что:
- конденсаторы Knowles Precision Devices соответствуют международным требованиям, определяющим критерии надежности (об этом более подробно будет рассказано в разделе «Тестирование на изгиб»);
- результаты тестов на изгиб конденсаторов с использованием спеченного материала Knowles Precision Devices сопоставимы с результатами испытаний аналогичных устройств конкурентов.
Существует только два эффективных способа, позволяющих избежать проблем с механическими трещинами:
- снижение механической нагрузки, оказываемой на конденсаторы;
- увеличение технологического окна таким образом, чтобы механическая нагрузка, оказываемая на керамическую часть конденсатора, сократилась.
Автоматическое тестовое оборудование (АТЕ), функциональное тестирование и тестирование на надежность имеют ограниченные возможности в определении нарушений конденсаторов, возникших из-за механического растрескивания.
Особенности сборки/производства
На механическую нагрузку может оказывать влияние ряд различных факторов, конструкцией и производством устройства. Эти факторы включают:
- Дизайн печатной платы — панели заземления и медная шина питания.
- Конструкция печатной платы, приводящая к неравномерному распределению металла (обычно по причине большой панели питания или заземления), может вызвать деформацию печатной платы вовремя пайки, что вызвано различными коэффициентами теплового расширения у меди и эпоксидного стекловолокна. Если необходимы большие панели питания/заземления, может оказаться полезной поперечная штриховка медной поверхности.
- Положение/ориентация конденсатора на печатной плате по отношению к краю печатной платы и другим компонентам.
На рис. 3–5 даны некоторые рекомендации по ориентации и размещению конденсатора для уменьшения вероятности механического повреждения.
Важно: зона нагрузки обычно находится в пределах 5 мм от края платы или точки фиксации. На рис.6 даны рекомендации по форме площадки для конденсатора, что позволяет снизить вероятность механического повреждения.
Анализ процесса производства
Механическое растрескивание происходит после того, как конденсатор был припаян на свое место. Последующее изгибание печатной платы создает механическую нагрузку внутри конденсатора, и если она будет достаточно большой, это приведет к растрескиванию конденсатора.
Когда механическое растрескивание становится причиной отказа конденсатора, потребитель обычно старается проанализировать все стадии производственного процесса, включая обработку и транспортировку, при которых возможны изгибы печатной платы. Если такой этап не очевиден, следующий шаг— удаление образцов конденсаторов с устройства на различных этапах процесса, а затем разделение на части/внутренний осмотр конденсаторов на наличие трещин. Форма механических трещин показана на рис. 1.
Примером стандартного обследования может быть удаление конденсаторов из устройств после выполнения следующих шагов:
- пайка;
- депанелизация;
- установка радиальных компонентов, включая разъемы и ИС, в гнезда;
- автоматическое тестовое оборудование (АТЕ);
- установка готового узла на окончательную сборку.
Определение механического отказа
Не существует метода, способного на 100% гарантировать обнаружение механического растрескивания конденсатора. Успех проводимого тестирования зависит от величины механических трещин: чем шире трещины, тем больше вероятность отказа.
Приведем несколько примеров тестов, проводимых нашими клиентами:
- Сухой жар/стабильное состояние. На устройства, находящиеся в сухой горячей среде, подается питание для ускорения пробоя конденсаторов.
- Влажный жар/стабильное состояние. Питание подается на устройства, находящиеся во влажной горячей среде, с целью внедрения влаги в трещины, чтобы вызвать отказ конденсатора.
- Циклическое изменение температуры. Устройства подвергаются температурным циклам для расширения трещин, чтобы вызвать отказ конденсатора.
- Вибрация и удар. Устройства подвергаются испытаниям на вибрацию и удар с целью расширения трещины, чтобы вызвать отказ конденсатора.
- Рентген. Заказчики попробовали провести обнаружение механических трещин с помощью оборудования для рентген-исследования паяных соединений, но успех был очень незначительный.
- Сканирующая акустическая микроскопия. Проведение тестов зависело от имеющегося у заказчиков оборудования, и успешность этих тестов оказалась очень разной.
Скачать полный текст статьи «Гибкость многослойных керамических конденсаторов. Часть 1» в формате pdf
