Perché i tuoi MLCC continuano a rompersi dopo la rimozione del pannello?

Perché i vostri MLCC continuano a interrompersi dopo la rimozione del pannello?

La regola di spazio libero a V che nessuno ha imposto

Il disco difettoso riportava un "cortocircuito periodico". Il cliente si mostrò gentile al riguardo, il che peggiorò ulteriormente la situazione. Un lotto di pannelli di controllo era stato sottoposto a un periodo di rodaggio prolungato, dopodiché aveva iniziato a generare errori casuali in fase di produzione: sistemi diversi, giorni diversi, senza che nessuno riuscisse a individuare uno schema preciso.

Abbiamo smontato una delle schede di lavoro di arresto. Al microscopio, niente. Ai raggi X, assolutamente niente di evidente. Ci è voluto un controllo acustico per trovarlo: un condensatore in ceramica -- un MLCC 0805 posizionato a 2 millimetri dal bordo della scheda-- è stato spaccato di netto con il corpo, parallelamente alla discontinuità. La spaccatura non era visibile dall'esterno. Era un tradizionale crepa da flessione e permetteva agli elettrodi interni di toccarsi a intermittenza.

La causa è stata rilevata nei dati di stile, non nella linea di assemblaggio. Il condensatore si trovava a meno di 1 mm dal V-CUT  linea di punteggio. Quando il pannello è stato diviso, lo stress e l'ansia da flessione sono andati dritti con il componente.

Cosa succede realmente a un taglio a V quando lo si rompe

La scanalatura a V è una linea di debolezza intenzionale. Il produttore incide una scanalatura a forma di V, in genere profonda 1/3 dello spessore del pannello, da entrambi i lati, e il pannello è progettato per rompersi facilmente lungo quella linea quando viene separato. È economico, veloce e per i pannelli rettangolari è la soluzione predefinita. panelizzazione  approccio nel settore.

Tuttavia, ecco cosa la pubblicità e il marketing omettono: rompere un taglio a V è una frattura controllata. Quando pieghi il pannello, la tensione si concentra sulla punta della scanalatura a V e la frattura si propaga lungo la linea di taglio. Questo è il comportamento previsto. La parte indesiderata è ciò che accade dopo: la tensione non si ferma al bordo del pannello. Il momento flettente si irradia all'esterno della scanalatura, attraverso la giunzioni di saldatura  e in qualsiasi cosa attaccata alla superficie entro un raggio specifico della linea.

Se quel "qualsiasi cosa" è una resistenza, potresti ottenere una spaccatura della saldatura, visibile, riparabile, irritante. Se è un condensatore ceramico multistrato , si ottiene un videogioco completamente diverso.

Perché le MLCC perdono questo specifico gioco della lotteria

I condensatori ceramici sono uno dei componenti più suscettibili dell'intero assemblaggio alla flessione meccanica, e c'è una ragione di prodotto: il dielettrico è una ceramica terminata. La ceramica non produce, non si flette, non si rompe, si frattura. Quando un Organismo MLCC  la curvatura supera il limite di flessione, la fessura inizia sul bordo lato scheda e si estende diagonalmente verso l'alto con il pacco di elettrodi interni, aderendo alla linea di massima sollecitazione di taglio.

Il danno è aggravato dal struttura interna del condensatore -- Strati rotanti di elettrodi in ceramica e acciaio, forse 100 strati in un comune componente X7R. Una frattura non deve necessariamente danneggiare il componente a metà per causarne il guasto. È sufficiente che uno strato di elettrodi si sposti abbastanza da toccare quello adiacente. Si tratta di un breve periodo che va e viene in base al livello di temperatura, alla risonanza e alla flessione del circuito stampato. Il componente sembra a posto. Il datasheet afferma che è ottimo. Il circuito è diverso.

E c'è una particolare insidiosità nelle fratture MLCC: sono quasi impercettibili. La crepa è interna, il pacchetto è modellato o terminato sopra la crepa e i metodi di valutazione classici - AOI, raggi X - spesso non le rilevano. La crepa è catturata in modo affidabile solo con acustica a Scansione  (CSAM) o una sezione trasversale prudente, motivo per cui passano attraverso la produzione e si manifestano come guasti di area mesi dopo.

I numeri di autorizzazione e perché differiscono

La questione fondamentale è semplice: quanto è troppo vicino? Le risposte del settore non sono coerenti, il che dice qualcosa su come viene gestita questa modalità di guasto.

-Alcuni produttori di circuiti stampati indicano 0,5 mm come distanza minima tra il componente e il taglio a V.

-Il IPC  consigli e la maggior parte dei produttori richiedono 1.0 mm  dalla facilità della scanalatura a V al corpo in rame o elemento più vicino

-Riferimenti molto più conservatori, tra cui un certo numero di fornitori di servizi di emergenza medica con precedenti spiacevoli nella zona, affermano da 1,27 mm a 2,0 mm e alcuni arrivano fino a 5mm  specificamente per condensatori ceramici

La differenza tra 0,5 mm e 5 mm non è indice di complessità. Rappresenta la distinzione tra "il componente non interferisce fisicamente con il dispositivo di punteggio" e "il componente resiste alla tensione di separazione". Un gioco di 0,5 mm soddisfa il primo criterio, ma non influisce minimamente sul secondo. Il campo di sollecitazione flessionale attorno a un taglio a V non tollera una barriera di mezzo millimetro: si propaga ben oltre, e la zona di danneggiamento effettiva dipende dallo spessore del pannello, dal materiale, dalla profondità del gioco e dalla modalità di separazione.

La regolamentazione sensata che ho adottato si basa sulla necessità di intervenire, dopo aver visto troppi condensatori rotti: mantenere i condensatori MLCC e gli altri componenti ceramici ad almeno 2 mm di distanza da qualsiasi tipo di taglio a V. e considerate qualsiasi differenza inferiore a 1 mm come un problema da risolvere in fase di produzione.

Perché questo fallimento è così facile da attribuire alla celebrazione errata

Di seguito è riportata la parte che rende questo problema davvero dannoso per una connessione funzionante: nel momento in cui le schede vengono configurate e si verifica il guasto, tre diversi eventi possono essere tutti collegati tra loro.  

Il Produttore di pcb  tagliare la scanalatura a V esattamente secondo le specifiche. L'impostazione a casa ha posizionato gli elementi esattamente dove Gerber ha detto. Il designer  hanno instradato il formato con il condensatore proprio accanto alla linea del punteggio, poiché nulla nel loro DRC lo segnalava. Nessuno ha infranto una linea guida. Le regole semplicemente non consistevano in quella che contava, a causa del fatto che spazio tra il componente e il bordo  non si tratta di un controllo DRC standard. La maggior parte dei dispositivi CAD non misura anche la distanza dalla linea di valutazione del pannello; la pannellizzazione avviene in genere dopo che il formato è stato completato, in un'operazione separata, solitamente da parte di un'altra persona.

Questo è il vuoto strutturale. L'ingegnere addetto al layout posiziona i componenti contro un bordo fittizio del circuito stampato. L'ingegnere addetto alla pannellatura aggiunge il taglio a V in seguito. Nessuno dei due vede mai il quadro complessivo. La fessura viene sviluppata, non creata.

Cosa lo ferma davvero?

Le opzioni sono note, economiche e, cosa alquanto frustrante, sottoutilizzate:

Applica un'area di esclusione nel layout, non solo nel disegno del pannello.  Specificare un zona priva di componenti  di un minimo di 2 mm attorno a ogni linea di piegatura prima di iniziare a dirigere. Se il tuo strumento EDA supporta le normative di progettazione, codificala: distanza dal cortile del componente al bordo della scheda. In caso contrario, è un elemento della checklist in ogni revisione del layout. La testimonianza è dove viene registrata questa informazione; il DRC è dove dovrebbe essere registrata, ma di solito non lo è.

Scegli intenzionalmente l'approccio della suddivisione.  Il taglio a V non è lo strumento adatto per circuiti stampati con componenti sensibili vicino ai bordi. Router che si divide  (tab routing con computer morsi di topo  o un profilo fresato) crea una sollecitazione di flessione molto minore, perché la tavola non viene piegata, ma ridotta. Installazione laser  o trasmissione laser  è un'altra alternativa, specifica per substrati sottili o fragili. La differenza di prezzo è reale, ma è minima rispetto a un test di cedimento sul campo.

Se il taglio a V è inevitabile, mettere in sicurezza le parti vulnerabili . Posto binari fittizi  oppure linguette di scarico aggiuntive in modo che la tensione venga assorbita prima che raggiunga l'area dell'elemento. Orientare la linea di taglio lontano da popolazioni ceramiche ad alta densità. Per le schede in cui i MLCC devono essere posizionati vicino al lato, considerare un adesivo flessibile sotto il componente o una resistenza in serie, anche se onestamente, la modifica del progetto è generalmente meno costosa.

Verificalo nella fase di modellazione, il prima possibile.  Prendi un pannello, dividilo come farebbe la produzione e sottoponilo a un processo di fabbricazione tramite microscopia acustica o ad almeno 500 cicli termici. Se i condensatori MLCC si rompono, lo scoprirai quando avrai cinque schede, non cinquemila. Questo test standardizzato individua un'intera classe di difetti, e praticamente nessuno lo esegue.

Il regolamento urbanistico che si ripaga da solo

Il calcolo dei costi in questo caso coincide con quello di ogni altro problema evitabile in questo mercato. Spostare un condensatore di 1,5 millimetri non costa nulla in fase di progettazione: il software di routing non fattura al millimetro. Individuare la deviazione in fase di prototipo richiede un pomeriggio di scansione acustica. Trovarla in produzione comporta l'arresto della linea, la quarantena e un'analisi fallimentare che dura settimane. Trovarla sul campo compromette la collaborazione con il cliente.

La procedura è talmente semplice che si può scrivere su un post-it: nessun componente ceramico entro 2 mm da una linea di taglio a V . Imponilo nel layout, verificalo nella valutazione e convalidalo sul primo pannello. Gli MLCC ti ringrazieranno, con calma, dall'interno dei loro corpi ceramici intatti, dove la spaccatura non ha mai avuto la possibilità di iniziare.