القاتل الصامت للمردود: لماذا تستمر MLCCs في التصدع (وليس جهاز الوضع)

الخط ينزل. ينخفض رسم العائدات. تفشل دفعة من اللوحات في الاختبار الوظيفي مع وجود نوبات متقطعة في سلك 12 فولت. رد الفعل الفوري من طابق الإنتاج هو لوم آلة الاختيار والتنصيب. يبدو أن المنطق صحيح: مسواك عالي السرعة يصدم بمكون خزفي fragile على اللوح. إذا كان المكون مشقوقًا، فمن المؤكد أن الروبوت ضغط عليه بقوة كبيرة.

يفقد المهندسون أسابيع في معايرة ضغط المسواك. يبدلون المزودين. يلاحقون البائع، ويزعمون أن دفعة سيئة من المكثفات ت contaminates سلسلة التوريد. هذه هي مغالطة "الدفعة السيئة"—الكذبة المطمئنة بأن شراء أجزاء معيبة يبرئ فريق العمليات من المسؤولية. لكن آلات التنصيب الحديثة من باناسونيك وفوجي وASM لديها حلقات رد فعل قسرية حساسة لدرجة أنها يمكن أن تكشف عن سوء محاذاة ميكرونيا. إلا إذا كان المشغل يضغط على 0201 بممسكة مخصصة لـ D-pack، فإن الآلة بريئة.

لم ينكسر المكون أثناء التثبيت. انكسر في وقت لاحق، عندما انحنى اللوح.

تشريح العلامة ذات السهم

لفهم سبب فشل نظرية التنصيب، انظر إلى الجثة. مكثف خزفي (MLCC) هو في الأساس قطعة من الزجاج. يتمتع بقوة ضغط عالية لكن بلا مرونة شد. عندما ينحني لوحة الدائرة المطبوعة، يمتد الألياف الزجاجية. تنتقل سواك اللحام الصلبة هذا الامتداد مباشرة إلى جسم السيراميك.

إذا كانت القوة ناتجة عن تأثير عمودي—مثل مسواك التثبيت—سيبدو الكراك كأنه فوهة بركان أو حفرة سطحية. هذا ليس ما يقتل العائد. القاتل هو الـ الش fracture المطوية.

تحت المجهر على مقطع عرضي، يُظهر هذا الفشل توقيعه المميز: الكراك الماجن- أو 45 درجة. يبدأ عند الزاوية السفلية للمكثف، تمامًا حيث يتلاقى الطرف مع الجسم الخزفي، ويتكاثر بشكل مائل للأعلى. هذا الزاوية ناتجة عن إجهاد الشد الذي يسحب الجزء السفلي من المكون بعيدًا عن اللوح أثناء انحنائه. إنها فشل انزلاقي نموذجي—سجل فيزيائي للوحة انحنت إلى ما وراء حد الإجهاد للسيراميك.

الخطر الحقيقي هنا هو الكبت. غالبًا ما يكون الكراك ضيقًا كفاية ليمر اختبار الدائرة الداخلية (ICT) لأن الألواح لا تزال تلامس. لكن بمجرد أن تسخن اللوحة أثناء التشغيل أو تهتز في الميدان، يتفتح الكراك. يدخل الرطوبة. ينخفض مقاومة العزل. يقصر المكثف. لوحة نجحت في كل اختبار مصنعي تموت في يد العميل بعد شهرين.

مسرح الجريمة: فصل اللوح

إذا لم ينحني جهاز التركيب اللوحي، فماذا فعل ذلك؟ عادةً ما يحدث الضرر أثناء فصل اللوح—فصل الألواح الفردية من لوحة الإنتاج.

التحطم اليدوي هو الأسوأ. في الإنتاج بكميات عالية وتكلفة حساسة—خاصة للسلع الاستهلاكية—يتم عادةً وضع خط V (V-score) وفصل الألواح يدويًا. والأسوأ من ذلك، قد يستخدم المشغلون “طريقة الركبة” أو حافة طاولة العمل لتحطيم اللوح. وهذا يطبق عزم Torque كبير ومتفاوت. ينحني الزجاج الألياف FR4، لكن نقاط اللحام لا تنحني. يتركز التوتر عند أكثر النقاط صلابة في اللوح: مناطق اللحام للمكونات الخزفية الكبيرة.

حتى فواصل القطع الدوارة من نوع “بيتزا cutter” تعتبر خطرة. إذا تم ضبط ارتفاع الشفرة بشكل غير صحيح، أو إذا دفعت المشغل اللوح بزاوية خفيفة، فإن اللوح يتقوس. تعتمد عملية V-score على كسر شبكة المادة المتبقية. ويعد ذلك حدثًا ميكانيكيًا عنيفًا يرسل موجة صدمة عبر الألياف الزجاجية.

الطريقة الوحيدة الآمنة للإلكترونيات عالية الاعتمادية هي استخدام الراوتر (التخطيط الشريطي). يزيل رأس الراوتر المادة، ولا يترك أي ضغط على لوحة الدائرة المطبوعة (PCB). إنها أبطأ، وتنتج غبارًا، وتتطلب صيانة أكثر. لكنها تقدم عدم إحداث أي توتر انحنائي. غالبًا ما يقاوم المديرون التحول إلى الراوتر بسبب عقوبة زمن الدورة، مع حساب تكلفة الرأس مقابل شفرة V-score الرخيصة. نادرًا ما يحسبون تكلفة معدل الركام 2% أو استرجاع ميداني $50,000 بسبب الفصل اليدوي.

الهندسة مصير

إذا كان من المستحيل استخدام الراوتر والإجبار على V-score، فإن بقاء المكثف يعتمد على التوزيع المخططي. هناك متغيران مهمان: الاتجاه و المسافة.

الاتجاه هو القاعدة الأكثر تجاهلًا في تصميم لوحة الدائرة المطبوعة. وضع مكثف موازيًا للخط الفاصل هو في منطقة القتل. عندما تنحني اللوحة على طول خط V-score، يمتد المحور الطويل للمكثف. يقاوم طول المكون كله الانحناء، وينكسر.

قم بتدوير نفس المكون 90 درجة، بحيث يكون عموديًا على خط الفاصل. الآن، عندما تنحني اللوحة، يتركز التوتر على عرض المكون، وليس طوله. تعمل نقاط اللحام كنقطة محورية بدلاً من مرسى صلب، مما يقلل بشكل كبير من خطر التشقق.

ثم هناك المسافة. يحب المصممون احتواء المكونات على حافة اللوح لتقليل الحجم. يعتمدون على اختبارات قواعد التصميم (DRC) في الحاسوب للتحقق من قرب الأجزاء من بعضها البعض. لكن فحوصات DRC القياسية تراقب من أجل كهربائية فجوة (النحاس إلى النحاس)، وليس ميكانيكية السلامة. يمكن أن يكون المكثف آمنًا كهربائيًا على بعد 1 ملم من الحافة، لكنه ميكانيكيًا محكوم عليه بالفشل.

المنطقة الآمنة عادةً تكون 5 ملم من أي خط كسر. بالطبع، يختلف الأمر—لوح سميك بسماكة 1.6 مم ينقل مزيدًا من الإجهاد من لوح رفيع بسماكة 0.8 مم، ويهم اتجاه نسيج الزجاج. لكن 5 ملم هو الرقم القياسي الليلي المعروف. إذا كان مكثف 1206 يقع على بعد 2 ملم من علامة V، ومتوازيًا مع القص، فليس الأمر متعلقًا بـ هل يتشقق، بل عندما.

شريط الانتهاء الناعم (Soft Termination)

عندما لا يمكن تغيير التخطيط—عادة لأن اللوح قد تم تدويره بالفعل والناتج يتدهور—يلجأ المهندسون غالبًا إلى مكثفات

استخدام المكثفات ذات النهاية المعدنية الصلبة بشكل قياسي. الإنهاء الناعم يضيف طبقة من الراتنج الإيبوكسي الموصّل بين النحاس وطلاء النيكل/القصدير. تعمل هذه الراتنجات كممتص للصدمات، مما يسمح للإنهاء بالانفصال قليلاً عن الجسم الخزفي أثناء الانحناء، مما يكسر الاتصال الكهربائي (فشل انفتاح) بدلاً من تشقُق الخزف (فشل قصير).

غالبًا ما يكون هناك لبس هنا، حيث يسأل مدراء المشتريات عما إذا كانت التكلفة الإضافية تستحق العناء. إنها تعمل، لكنها ليست سحرًا. تزيد من تحمل الانحناء من حوالي 2 مم من الانحراف إلى 5 مم. فكر فيها على أنها حقيبة هوائية. تقلل أكياس الهواء من معدلات الوفاة، لكنها لا تعني أنك تستطيع القيادة نحو جدار من الطوب بسرعة 60 ميل في الساعة. إذا كانت عملية فصل اللوح تتطلب من مشغل كسر اللوح فوق ركبتهم، فلن تنقذ النهاية الناعمة الجزء. إنها شبكة أمان، وليست علاجًا لعملية سيئة.

التحقق: السلاح الدخاني

إذن، كيف تثبت للإدارة أن الخطأ في العملية وليس في البائع؟ الجواب يكمن في الاختبار التدميري.

أرسل اللوحة الفاشلة إلى المختبر لاختبار “الصب والنزع”. يقوم الفني بغمر المنطقة بالصبغة الحمراء، ويضع اللوحة في حجرة فراغ لإجبار الحبر على الاختراق في الشقوق، ثم يقشر المكون ميكانيكيًا عن اللوحة. إذا كانت هناك حبر أحمر على وجه الكسر، فإن الشق كان موجودًا. قبل الاختبار.

إذا كشفت الحبر عن توقيع الشارة المثلثية بزاوية 45 درجة، فالنقاش انتهى. ذلك هو تشقوق الانحناء. لم يحدث ذلك عند البائع. لم يحدث في جهاز الترصيع. حدث عندما تم ثني اللوحة. امشِ على خط الإنتاج. راقب كيف يتم فصل الألواح. استمع إلى الصوت المفاجئ. ذلك الصوت هو صوت المال يخرج من المصنع.