เหตุใด MLCC ของคุณจึงยังคงขาดหลังจากถอดแผงออก

เหตุใด MLCC ของคุณจึงยังคงขาดหลังจากถอดแผงออก?

กฎการเว้นระยะห่างแบบ V-Cut ที่ไม่มีใครกำหนด

รายงานที่แจ้งว่าไม่ผ่านระบุว่า "ไฟฟ้าลัดวงจรเป็นระยะ" ลูกค้าตอบอย่างสุภาพ ซึ่งยิ่งทำให้สถานการณ์แย่ลงไปอีก แผงควบคุมชุดหนึ่งทำงานผิดปกติระหว่างการทดสอบใช้งาน และเริ่มแสดงข้อผิดพลาดแบบสุ่มในสายการผลิต -- ในระบบต่างๆ ในวันต่างๆ กัน ไม่มีใครสามารถสังเกตเห็นรูปแบบใดๆ ได้เลย

เราถอดแผงวงจรที่หยุดทำงานแผงหนึ่งออก ตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์แล้วไม่พบอะไรผิดปกติ ตรวจสอบด้วยเครื่องเอ็กซ์เรย์ก็ไม่พบอะไรที่น่าสังเกต ต้องใช้การตรวจสอบด้วยคลื่นเสียงจึงพบต้นตอของปัญหา: ... เครื่องประกอบความแข็งเซรามิก -- ตัวเก็บประจุ MLCC ขนาด 0805 ที่อยู่ห่างจากขอบแผงวงจร 2 มิลลิเมตร -- แตกเรียบไปกับตัวเครื่อง ขนานกับจุดที่หยุดการผลิต รอยแตกนั้นมองไม่เห็นจากภายนอก มันเป็นรอยแตกแบบดั้งเดิม รอยแตกยืดหยุ่น และทำให้ขั้วไฟฟ้าภายในสัมผัสกันเป็นระยะๆ

สาเหตุมาจากข้อมูลรูปแบบ ไม่ใช่สายการผลิต ตัวเก็บประจุอยู่ห่างจากตัวเครื่องไม่ถึง 1 มิลลิเมตร V-CUT  เส้นคะแนน เมื่อแผงถูกแบ่งออก ความเครียดและความวิตกกังวลที่เกิดจากการงอตัวก็ไหลไปพร้อมกับส่วนประกอบนั้นโดยตรง

จริงๆ แล้วการตัดแบบ V-cut ทำอะไรได้บ้างเมื่อคุณหักมัน

รอยบากรูปตัว V คือเส้นที่ตั้งใจทำขึ้นเพื่อให้เกิดความอ่อนแอ ผู้ผลิตจะตัดร่องรูปตัว V ซึ่งโดยทั่วไปจะลึกประมาณ 1/3 ของความหนาของแผ่นวงจรพิมพ์ จากทั้งสองด้าน และแผ่นวงจรพิมพ์นั้นจะแตกหักได้ง่ายตามแนวเส้นนั้นเมื่อแยกแผ่นออกจากกัน วิธีนี้ราคาถูก รวดเร็ว และสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ถือเป็นวิธีมาตรฐาน การแบ่งแผง  แนวทางปฏิบัติในอุตสาหกรรม

อย่างไรก็ตาม สิ่งที่การโฆษณาและการตลาดมองข้ามไปก็คือ การหักร่องรูปตัว V นั้นเป็นการแตกหักแบบควบคุมได้ เมื่อคุณดัดแผ่นไม้ แรงดึงจะไปรวมอยู่ที่ปลายร่องรูปตัว V และการแตกหักจะลุกลามไปตามแนวร่อง นั่นคือพฤติกรรมที่ตั้งใจไว้ ส่วนที่ไม่ได้ตั้งใจคือสิ่งที่เกิดขึ้นหลังจากนั้น แรงดึงไม่ได้หยุดอยู่ที่ขอบแผ่นไม้ แรงดัดจะแผ่กระจายออกไปนอกร่อง ข้ามไปอีกด้านหนึ่ง ข้อต่อการบัดกรี  และเข้าไปในสิ่งใดก็ตามที่ติดอยู่กับพื้นผิวภายในระยะที่กำหนดของเส้นนั้น

ถ้า "อะไรก็ตาม" นั้นคือตัวต้านทาน คุณอาจพบรอยแตกของข้อต่อบัดกรี ซึ่งสามารถมองเห็นได้ ซ่อมแซมได้ แต่ก็สร้างความรำคาญ ถ้าเป็น... ตัวเก็บประจุเซรามิกหลายชั้น คุณจะได้รับวิดีโอเกมที่แตกต่างไปโดยสิ้นเชิง

เหตุใด MLCCs จึงแพ้ในเกมลอตเตอรี่นี้โดยเฉพาะ

ตัวเก็บประจุเซรามิกเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนที่ไวต่อการงอทางกลมากที่สุดในชุดประกอบทั้งหมด และมีเหตุผลทางด้านผลิตภัณฑ์คือ ฉนวนเป็นเซรามิกที่มีปลายปิด เซรามิกไม่ยืดหยุ่น ไม่โค้งงอ ไม่เกิดรอยตำหนิ แต่จะแตกหัก เมื่อ... หน่วยงาน MLCC  เมื่อแผ่นวงจรโค้งงอเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่น รอยแตกจะเริ่มจากขอบด้านข้างของแผ่นวงจรและวิ่งเฉียงขึ้นไปตามแนวกองอิเล็กโทรดภายใน โดยยึดตามแนวความเค้นเฉือนสูงสุด

ความเสียหายนั้นทวีความรุนแรงขึ้นเนื่องจาก โครงสร้างภายในของตัวเก็บประจุ -- วงจรประกอบด้วยชั้นอิเล็กโทรดเซรามิกและเหล็กที่หมุนวน อาจมีมากถึง 100 ชั้นในชิ้นส่วน X7R ทั่วไป รอยแตกไม่จำเป็นต้องทำให้ชิ้นส่วนเสียหายครึ่งหนึ่งจึงจะทำให้เกิดความเสียหาย เพียงแค่ทำให้ชั้นอิเล็กโทรดชั้นหนึ่งเลื่อนไปไกลพอที่จะสัมผัสกับชั้นข้างเคียง นี่คือการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะๆ ที่เกิดขึ้นและหายไปตามระดับอุณหภูมิ การสั่นพ้อง และการงอของแผงวงจร ชิ้นส่วนดูดี เอกสารข้อมูลจำเพาะบอกว่ามันยอดเยี่ยม แต่ในวงจรจริงนั้นแตกต่างออกไป

และรอยแตกใน MLCC นั้นมีความร้ายกาจเป็นพิเศษ คือแทบตรวจไม่พบ รอยแตกอยู่ด้านใน ตัวบรรจุภัณฑ์ถูกขึ้นรูปหรือปิดทับรอยแตก และวิธีการตรวจสอบแบบดั้งเดิม เช่น AOI และ X-ray มักจะตรวจไม่พบ รอยแตกจะถูกตรวจพบได้อย่างแม่นยำด้วยวิธีการอื่นเท่านั้น scanning Acoustic Microscopy  (CSAM) หรือการตัดขวางอย่างระมัดระวัง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเกิดความล้มเหลวในพื้นที่หลังจากกระบวนการผลิตดำเนินไปได้ด้วยดีในอีกหลายเดือนต่อมา

ตัวเลขการเคลียร์พื้นที่ และเหตุผลที่ตัวเลขเหล่านั้นแตกต่างกัน

คำถามหลักนั้นพื้นฐานมาก: ความใกล้เคียงแค่ไหนถึงจะเรียกว่าใกล้เคียงเกินไป? คำตอบจากภาคอุตสาหกรรมไม่สอดคล้องกัน ซึ่งบ่งบอกอะไรบางอย่างเกี่ยวกับวิธีการรับมือกับความล้มเหลวในรูปแบบนี้

-โรงงานผลิตแผงวงจรบางแห่งระบุระยะห่างขั้นต่ำระหว่างชิ้นส่วนกับรอยตัดรูปตัว V ไว้ที่ 0.5 มม.

-ตลาด IPC  คำแนะนำ และผู้ผลิตส่วนใหญ่ต้องการ 1.0 มม  จากจุดเชื่อมต่อของร่องตัววีไปยังตัวทองแดงหรือส่วนประกอบที่ใกล้ที่สุด

-การส่งต่อผู้ป่วยที่อนุรักษ์นิยมมากขึ้น ซึ่งรวมถึงผู้ให้บริการด้านการแพทย์ฉุกเฉินจำนวนหนึ่งที่มีประวัติที่ไม่น่าพึงประสงค์ในพื้นที่นั้น กล่าวว่า 1.27 มม. ถึง 2.0 มม. และบางคนก็สูงถึง 5mm  สำหรับตัวเก็บประจุเซรามิกโดยเฉพาะ

ความแตกต่างระหว่าง 0.5 มม. และ 5 มม. ไม่ได้บ่งชี้ถึงความซับซ้อน แต่เป็นความแตกต่างระหว่าง "ชิ้นส่วนไม่ได้รบกวนอุปกรณ์ตัด" และ "ชิ้นส่วนทนต่อแรงดึงในการแยกชิ้นส่วน" ช่องว่าง 0.5 มม. ตรงตามมาตรฐานแรก แต่แทบไม่มีผลอะไรกับมาตรฐานที่สอง สนามความเค้นดัดรอบรอยตัดรูปตัว V ไม่ชอบสิ่งกีดขวางครึ่งมิลลิเมตร มันจะแพร่กระจายเลยไป และบริเวณที่เกิดความเสียหายอย่างแท้จริงขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นวงจร วัสดุ ความลึกของการตัด และวิธีการแยกชิ้นส่วนอย่างแม่นยำ

กฎระเบียบที่สมเหตุสมผลที่ผมนำมาใช้นั้น มาจากประสบการณ์ที่ผมเห็นตัวเก็บประจุแตกเสียหายมามากมาย: ควรวางตัวเก็บประจุแบบ MLCC และชิ้นส่วนเซรามิกอื่นๆ ให้ห่างจากแนวตัดรูปตัว V อย่างน้อย 2 มม. และให้ถือว่าความคลาดเคลื่อนที่น้อยกว่า 1 มิลลิเมตรเป็นปัญหาที่ต้องรอการแก้ไขในวันผลิต

เหตุใดความล้มเหลวนี้จึงเกิดขึ้นได้ง่าย ความผิดพลาดเกิดจากการเฉลิมฉลองที่ไม่ถูกต้อง

ส่วนที่ทำให้ปัญหานี้ส่งผลเสียต่อการเชื่อมต่อที่ใช้งานได้จริงก็คือ เมื่อติดตั้งบอร์ดเสร็จแล้วและเกิดความผิดพลาดขึ้น เหตุการณ์ต่างๆ 3 อย่างอาจชี้ไปที่กันและกันได้  

ตลาด ผู้ผลิตพีซีบี  ตัดร่องตัววีให้ตรงตามสเปคเป๊ะ การติดตั้งที่บ้านทำให้ชิ้นส่วนต่างๆ อยู่ในตำแหน่งที่ Gerber บอกไว้อย่างแม่นยำ นักออกแบบ  จัดวางรูปแบบโดยให้ตัวเก็บประจุอยู่ข้างๆ เส้นคะแนน เนื่องจากไม่มีอะไรใน DRC ของพวกเขาที่ตรวจพบข้อผิดพลาด ไม่มีใครฝ่าฝืนหลักเกณฑ์ใดๆ กฎจริงๆ แล้วไม่ได้ประกอบด้วยกฎข้อที่สำคัญที่สุด—เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า ระยะห่างระหว่างชิ้นส่วนกับขอบ  นี่ไม่ใช่การตรวจสอบ DRC มาตรฐาน อุปกรณ์ CAD ส่วนใหญ่ไม่ได้วัดระยะไปยังเส้นกำหนดแผงควบคุมด้วย การแบ่งแผงควบคุมมักเกิดขึ้นหลังจากการจัดรูปแบบเสร็จสิ้นแล้ว ในขั้นตอนแยกต่างหาก ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะทำโดยบุคคลอื่น

นั่นคือช่องว่างเชิงโครงสร้าง วิศวกรออกแบบวางตำแหน่งชิ้นส่วนโดยอิงกับขอบกระดานสมมติ วิศวกรประกอบแผงจะเพิ่มรอยตัดรูปตัว V เข้าไปในภายหลัง ทั้งสองคนไม่เคยเห็นภาพรวมทั้งหมด รอยแตกนั้นเกิดขึ้นจากภายใน ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมา

อะไรคือสิ่งที่หยุดยั้งมันไว้กันแน่

ตัวเลือกเหล่านี้เข้าใจง่าย ราคาไม่แพง และน่าเสียดายที่คนไม่ค่อยนำมาใช้:

ควรกำหนดพื้นที่ห้ามเข้าในแบบแปลน ไม่ใช่แค่ในแบบร่างแผงควบคุมเท่านั้น  ระบุ เขตปลอดส่วนประกอบ  เว้นระยะห่างอย่างน้อย 2 มม. รอบเส้นตัดทุกเส้นก่อนเริ่มทำการตัด หากเครื่องมือ EDA ของคุณรองรับข้อกำหนดด้านการออกแบบ ให้บันทึกไว้ด้วย เช่น ระยะห่างจากช่องว่างของชิ้นส่วนถึงขอบบอร์ด หากไม่รองรับ ให้เป็นรายการตรวจสอบในทุกการประเมินแบบร่าง การบันทึกข้อมูลนี้จะทำในเอกสารรับรอง แต่ควรจะบันทึกในเอกสารตรวจสอบการออกแบบ (DRC) แต่โดยปกติแล้วมักจะไม่ได้บันทึก

เลือกใช้แนวทางการแยกส่วนโดยเจตนา  การตัดแบบ V-cut ไม่ใช่เครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับแผ่นวงจรที่มีชิ้นส่วนบอบบางอยู่ใกล้ขอบ เราเตอร์แยกออก  (การกำหนดเส้นทางแท็บด้วยคอมพิวเตอร์) รอยกัดของหนู  หรือโปรไฟล์ที่มีการกำหนดเส้นทาง) จะสร้างแรงดัดงอที่น้อยลงอย่างมาก เนื่องจากแผ่นไม้ไม่ได้ถูกงอ แต่ถูกลดทอนลง การจัดเรียงด้วยเลเซอร์  หรือ การส่งผ่านเลเซอร์  เป็นอีกทางเลือกหนึ่งโดยเฉพาะสำหรับพื้นผิวที่บางหรือแตกหักง่าย ความแตกต่างของราคามีอยู่จริง แต่ก็ถือว่าน้อยเมื่อเทียบกับการตรวจสอบความเสียหายในภาคสนาม

หากหลีกเลี่ยงการตัดแบบ V-cut ไม่ได้ ให้ยึดส่วนที่เปราะบางให้แน่น . สถานที่ รางจำลอง  หรืออาจเพิ่มแถบรองรับเพิ่มเติมเพื่อให้แรงตึงถูกดูดซับก่อนที่จะไปถึงบริเวณชิ้นส่วน ควรวางแนวเส้นตัดให้ห่างจากบริเวณที่มีเซรามิกหนาแน่น สำหรับแผงวงจรที่ MLCC ต้องอยู่ใกล้ด้านข้าง ควรพิจารณาใช้กาวแบบยืดหยุ่นใต้ชิ้นส่วนหรือตัวต้านทานแบบอนุกรม แต่โดยทั่วไปแล้ว การซ่อมแซมการออกแบบมักมีต้นทุนต่ำกว่า

ทดสอบในขั้นตอนการสร้างโมเดลโดยเร็วที่สุด  นำแผงวงจรมาแบ่งออกตามที่กระบวนการผลิตจะแบ่ง และทำการตรวจสอบโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อะคูสติก หรืออย่างน้อยที่สุดก็ผ่านการทดสอบด้วยความร้อน 500 รอบ หากตัวเก็บประจุแบบหลายชั้น (MLCC) เสียหาย คุณจะรู้ได้เมื่อเหลือแผงวงจรเพียง 5 แผง ไม่ใช่ 5,000 แผง การตรวจสอบแบบนี้สามารถตรวจจับข้อบกพร่องได้ทั้งหมด และแทบไม่มีใครทำการตรวจสอบแบบนี้เลย

กฎระเบียบการจัดวางผังเมืองที่คุ้มค่าในตัวเอง

การคำนวณราคาในที่นี้สอดคล้องกับปัญหาที่หลีกเลี่ยงได้อื่นๆ ในตลาดนี้ การขยับตัวเก็บประจุ 1.5 มิลลิเมตรไม่มีค่าใช้จ่ายใดๆ ในขั้นตอนการออกแบบ เพราะโปรแกรมซอฟต์แวร์การกำหนดเส้นทางไม่ได้คิดค่าบริการตามมิลลิเมตร การตรวจจับจุดบกพร่องในขั้นตอนการสร้างต้นแบบใช้เวลาเพียงแค่ช่วงบ่ายในการสแกนด้วยคลื่นเสียง การค้นพบจุดบกพร่องในขั้นตอนการผลิตทำให้ต้องหยุดสายการผลิต ต้องกักกัน และการวิเคราะห์ที่ล้มเหลวซึ่งกินเวลานานหลายสัปดาห์ การค้นพบจุดบกพร่องในภาคสนามทำให้ความสัมพันธ์กับผู้บริโภคเสียหาย

นโยบายนี้เข้าใจง่ายมาก จนสามารถเขียนลงบนกระดาษโน้ตแผ่นเล็กๆ ได้เลย: ไม่มีส่วนประกอบเซรามิกอยู่ภายในระยะ 2 มม. จากเส้นตัดรูปตัว V กำหนดรูปแบบ ตรวจสอบในการประเมิน และยืนยันในแผงแรกสุด ตัวเก็บประจุ MLCC จะขอบคุณคุณอย่างแน่นอน—อย่างเงียบๆ จากภายในตัวเซรามิกที่ไม่เสียหาย ซึ่งรอยแตกไม่เคยมีโอกาสได้เริ่มต้นขึ้น