Почему ваши многослойные керамические конденсаторы продолжают ломаться после демонтажа панелей?

Почему ваши многослойные керамические конденсаторы продолжают ломаться после демонтажа панелей?

Правило о зазоре V-образного среза, которое никто не навязывал.

В протоколе о неисправности было указано «периодическое короткое замыкание». Клиент вежливо объяснил ситуацию, но это только усугубило положение. Партия панелей управления работала с перебоями во время обкатки, а затем начала выдавать случайные ошибки на производственном участке — разные системы, разные дни, никакой закономерности обнаружить не удалось.

Мы разобрали одну из плат, предназначенных для остановки работы. Под микроскопом — ничего. Под рентгеновским излучением — абсолютно ничего заметного. Чтобы обнаружить это, потребовалась акустическая проверка: керамический конденсатор — Многослойный керамический конденсатор 0805, расположенный в 2 миллиметрах от края платы, — треснул ровно по корпусу, параллельно месту разрыва. Трещина была незаметна снаружи. Это был традиционный дефект. гибкая трещина и это позволяло внутренним электродам периодически соприкасаться друг с другом.

Причина кроется в технических характеристиках, а не на сборочной линии. Конденсатор располагался менее чем в 1 мм от... V-РЕЗКА  результаты голосования. Когда состав жюри разделился, напряжение и тревога напрямую перешли к каждому компоненту.

Что на самом деле происходит, когда вы ломаете V-образный срез?

V-образный надрез — это специально созданная слабая линия. Изготовитель вырезает V-образную канавку — обычно глубиной 1/3 толщины платы, с обеих сторон — и указывает, что плата легко ломается вдоль этой линии при разделении панели. Это дешево, быстро, и для прямоугольных плат это стандартный способ. панелирование  подход в отрасли.

Однако вот что умалчивается в рекламе и маркетинге: поломка V-образного среза — это контролируемое разрушение. Когда вы сгибаете панель, напряжение концентрируется в вершине V-образного среза, и разрушение распространяется вдоль линии среза. Это запланированный процесс. Незапланированная часть заключается в том, что происходит дальше — напряжение не останавливается на краю доски. Изгибающий момент распространяется наружу от среза, по всей его поверхности. паяные соединения  и во все, что прикреплено к поверхности в пределах определенного диапазона линии.

Если это «что угодно» — резистор, то может произойти разрыв паяного соединения — заметный, поддающийся ремонту, но раздражающий. Если это... многослойный керамический конденсатор в этом случае вы получите совершенно другую видеоигру.

Почему команды MLCC проигрывают именно в этой лотерее

Керамические конденсаторы — один из наиболее подверженных механическим изгибам компонентов во всей сборке, и этому есть причина: диэлектрик представляет собой керамику с диэлектрическими затворами. Керамика не деформируется, не гнется, не ломается — она трескается. Когда Корпус MLCC  если материал изогнут сверх предела гибкости, трещина начинается у края доски и идет по диагонали вверх вдоль внутреннего электродного стержня, прилегая к линии максимального касательного напряжения.

Ущерб усугубляется тем, что внутренний каркас конденсатора — Вращающиеся слои керамических и стальных электродов, возможно, 100 слоев в обычном компоненте X7R. Для выхода из строя не обязательно, чтобы компонент разломился пополам. Достаточно лишь смещения одного слоя электродов настолько, чтобы он коснулся соседнего. Это периодическое короткое замыкание, которое возникает и исчезает в зависимости от температуры, резонанса и изгиба платы. Компонент выглядит нормально. В техническом описании указано, что он отличный. Схема отличается.

Трещины в многослойных керамических конденсаторах обладают особой коварней: их практически невозможно обнаружить. Трещина находится внутри, корпус отлит или обжат над ней, а классические методы оценки — оптический контроль, рентгенография — часто их пропускают. Трещина надежно обнаруживается только с помощью... scanning Acoustic Microscopy  (CSAM) или осторожный анализ поперечного сечения, поэтому они легко проходят производственный цикл, а через несколько месяцев проявляются как локальные сбои.

Показатели распродажи и почему они различаются

Главный вопрос прост: насколько близко — это слишком близко? Ответы в отрасли противоречивы, что говорит о том, как решается подобная ситуация.

—Некоторые производители печатных плат указывают минимальный зазор между компонентом и V-образным вырезом в 0,5 мм.

—Рынок IPC  консультации, и большинству производителей требуется... 1.0 mm  от элемента V-образной канавки до ближайшего медного или металлического элемента.

—Гораздо более консервативные рекомендации, в том числе от ряда сотрудников скорой помощи с неприятной репутацией в этом районе, говорят, что от 1,27 мм до 2,0 мм а некоторые достигают таких высоких значений. 5мм  специально для керамических конденсаторов

Разница между 0,5 мм и 5 мм не является признаком сложности. Это различие между «компонент физически не нарушает работу устройства для нанесения надрезов» и «деталь выдерживает раскалывающее напряжение». Зазор в 0,5 мм удовлетворяет первому стандарту. Он практически ничего не меняет во втором. Поле изгибающих напряжений вокруг V-образного выреза не терпит барьера в полмиллиметра — оно распространяется далеко за его пределы, и эффективная зона повреждения зависит от толщины доски, материала, глубины зазора и способа выполнения разреза.

Разумные правила, которые я разработал, основаны на опыте работы с треснувшими конденсаторами: многослойные керамические конденсаторы (MLCC) и другие керамические компоненты должны располагаться на расстоянии не менее 2 мм от любых V-образных линий среза. , и все отклонения менее 1 мм следует рассматривать как проблему, требующую ожидания производственного дня.

Почему так легко допустить эту ошибку? Виноват неправильный способ празднования.

Вот что делает эту проблему действительно опасной для функционирования соединения: к моменту установки плат и появления сбоя могут одновременно указывать на три различных события.  

Рынок Производитель печатных плат  вырезать V-образную канавку точно по спецификации. При установке на место элементы были точно размещены там, где указано в инструкции Gerber. дизайнер  формат игры был организован таким образом, что конденсатор располагался прямо рядом с линией подсчета очков, поскольку в их руководстве по проверке правил это не было отмечено. Никто не нарушил никаких правил. Просто правила на самом деле не содержали того, что имело значение — из-за того, что зазор между компонентом и кромкой  это не стандартная проверка DRC. Большинство устройств CAD также не измеряют диапазон до линии рейтинга панели; панельизация обычно происходит после завершения форматирования, в отдельном действии, как правило, другим человеком.

Это и есть структурная пустота. Инженер-конструктор размещает детали вдоль мнимого края платы. Инженер по панельной сборке добавляет V-образный вырез позже. Ни один из них никогда не видит целостную картину. Трещина образуется, а не создается.

Что же на самом деле этому препятствует?

Эти варианты понятны, недороги и, к сожалению, используются крайне редко:

Включите в схему не только чертеж панели, но и запретную зону.  Укажите зона без компонентов  перед началом разметки оставьте зазор не менее 2 мм вокруг каждой линии разметки. Если ваш инструмент EDA поддерживает проектные правила, закодируйте это — расстояние от основания детали до края платы. Если нет, это пункт контрольного списка при каждой проверке макета. Это фиксируется в справочном документе; это должно быть зафиксировано в документе DRC, но обычно не фиксируется.

Выбирайте способ расстаться обдуманно.  V-образный рез — неподходящий инструмент для плат с чувствительными деталями, расположенными близко к краям. Маршрутизатор разделяется  (маршрутизация вкладок с помощью компьютера) укусы мышей  (или профиль, полученный фрезеровкой) создает гораздо меньшее изгибающее напряжение, поскольку доска не изгибается, а напряжение уменьшается. Лазерная рейка  или лазерная передача  это еще один вариант, специально разработанный для тонких или хрупких субстратов. Разница в цене реальна, но она невелика по сравнению с полевым исследованием разрушения.

Если V-образный разрез неизбежен, закрепите уязвимые места. . Место фиктивные рельсы  или дополнительные выступы для компенсации напряжения, чтобы оно поглощалось до того, как достигнет области элемента. Расположите линию надреза подальше от участков с высокой плотностью керамических компонентов. Для плат, где многослойные керамические конденсаторы должны располагаться ближе к краю, подумайте об использовании гибкого клея под компонентом или последовательного резистора — хотя, честно говоря, ремонт конструкции обычно обходится дешевле.

Проверьте это на этапе моделирования, как только сможете.  Возьмите панель, разделите её так, как это предусмотрено производством, и проведите тестирование на печатных платах с помощью акустической микроскопии или, как минимум, 500 термических циклов. Если многослойные керамические конденсаторы (MLCC) треснут, вы поймете это, когда получите пять плат, а не пять тысяч. Этот комплексный анализ выявляет целый класс дефектов — и практически никто его не проводит.

Нормативы планировки, которые окупаются сами собой

Расчеты цены здесь совпадают с любыми другими проблемами, которых можно было бы избежать на этом рынке. Перемещение конденсатора на 1,5 миллиметра ничего не стоит на этапе проектирования — программа трассировки не выставляет счета за миллиметр. Выявление трещины на этапе прототипирования требует дня акустического сканирования. Обнаружение ее в процессе производства приводит к остановке линии, карантину и неудачному анализу, который длится неделями. Обнаружение ее в полевых условиях отбрасывает вас назад в плане партнерства с клиентом.

Правила настолько просты, что их можно записать на стикере: отсутствие керамических компонентов в пределах 2 мм от линии V-образного среза . Заложите это в схему, проверьте при оценке и подтвердите на первой же панели. Многослойные керамические конденсаторы, безусловно, поблагодарят вас — спокойно, изнутри своих неповрежденных керамических корпусов, где растрескивание так и не успело начаться.