الدرع RF والحجج ضد الثقوب المغطاة

يكمل فرن إعادة التدفق ملفه الحراري، وتخرج اللوحات من الطور البخاري، وتجلس الحواجز RF مسمّرة نظيفًا على رقعاتها. يبدو التجميع مثاليًا. ومع ذلك، بعد ثلاثة أسابيع من الاختبار الوظيفي، تبدأ الفشلات المتقطعة بالظهور. عندما تزيل الحاجز، الدليل واضح لا لبس فيه: كرات لحام صغيرة متناثرة عبر اللوحة، بقع رطوبة محتبسة تتوهج من خلال الثقوب، وفي أسوأ الحالات، جسور اللحام التي تصل بين المسارات.

السبب الجذري؟ قرار تصميمي بدا محافظًا، ممارسة قياسية مستعارة من تصميم PCB العام دون اعتبار للبيئة الفريدة تحت الحاجز. كان ذلك القرار هو تغطية الثقوب.

بينما يجعل تغطية الثقوب منطقيًا في العديد من الحالات، فإن المساحة المغلقة تحت حاجز RF تحول عملية إعادة التدفق إلى تجربة حاوية ضغط. يحتجز الرطوبة العالقة، والمواد المتطايرة في قناع اللحام، ومنتجات تفكك راتنج الإيبوكسي، وكلها تسعى لمخارج عندما ترتفع درجات الحرارة. مع غطاء معدني مختوم على اللوحة، تلك المخارج قليلة. تظهر العواقب على أنها تلفيات ناتجة عن انبعاث الغازات، عيوب كرات اللحام، وتقليل الاعتمادية. نحن نؤكد أنه يجب تجنب تغطية الثقوب تحت وعلى مقربة مباشرة من حواجز RF تمامًا. القضية ضدها متجذرة في فيزياء إعادة التدفق وسلوك المادة لقناع اللحام تحت الضغط الحراري.

الممارسة الشائعة إخفاء قنبلة إعادة التدفق

تغطية الثقب، حيث يتم تطبيق قناع اللحام فوق ثقب الثقب، تهدف إلى إغلاق الثقب من الجانب العلوي. هذا يمنع معجون اللحام من التحرك إلى الأسفل خلال إعادة التدفق، وهو نهج منطقي جدًا للعديد من التصاميم. هذه الممارسة موثقة على نطاق واسع في معايير IPC وكانت خيارًا موثوقًا لعقود. في معظم التطبيقات، تعمل بدون حادثة.

تخترق حواجز RF هذا النموذج. الحاجز هو غلاف معدني ملحم على اللوحة لخلق حاجز كهرومغناطيسي. أثناء إعادة التدفق، يصبح هذا الغلاف حجرة شبه مغلقة، تعزل الداخل عن جو الفرن. يتم حبس أي غازات يتم توليدها بالداخل. هذا يختلف جوهريًا عن بيئة اللوحة المفتوحة حيث تعيش معظم المكونات.

تم وضع الفخ من خلال التفاعل بين هذه المساحة المغلقة ومواد اللوحة. قناع اللحام، وهو بوليمر أساسه الإيبوكسي، يمتص الرطوبة من الهواء. عندما يسخن إلى ما بعد نقطة تغير زجاجه، تتوسع المتطايرة المحتجزة وتبحث عن مخرج. على لوحة مفتوحة، يتم تصريفها ببساطة إلى الفرن. تحت الحاجز، يتم حبسها. تصبح الثقوب المغطاة، التي كانت مقصودًا أن تكون حواجز مختومة، نقاط ضعف. غشاء قناع اللحام فوق الثقب أرق من القناع المحيط، ومع ارتفاع الضغط من الانبعاثات، يمكن أن يتشقق أو يتنفخ. ما يظهر ليس تحريرًا نظيفًا للبخار، بل عيب محلي يندفع من خلال اللحام المنصهر.

ما الذي يحدث تحت الدرع

عادةً ما يبلغ ذروة عملية إعادة التدفق لللحام الخالي من الرصاص حوالي 250°C، وهو أعلى بكثير من درجة حرارة انتقال الزجاج البالغة 120-150°C لمعظم أقنعة اللحام. مع ارتفاع درجة حرارة اللوحة، يتحول راتنج الإيبوكسي في القناع من حالة زجاجية وصلبة إلى حالة أكثر مطاطية. هذا يسمح للرطوبة الممتصة أن تتبخر وتتجه، مما يخلق تدرجات ضغط داخلية تجد نقطتها الأضعف: القناع الرقيق فوق التوصيلة {via}.

آلية الانبعاث

الانبعاث هو إطلاق عنيف للغاز المحتجز من مادة تحت درجة حرارة. خلال 30 إلى 90 ثانية من ذروة إعادة التدفق، يجب على طبقة قناع اللحام الرقيقة فوق الثقب — والتي غالبًا ما تكون فقط 15-25 ميكرون سميكة — أن تحتوي على هذا الضغط. إذا تشققت الطبقة، فإن الغاز يهرب بسرعة إلى بيئة حيث يكون معجون اللحام منصهرًا بالكامل.

ينتج عن هذا النفث من الغاز المتسرب ومنتجات تحلل الإبوكسي اضطراب، يدفع قطرات صغيرة من اللحام بعيدًا عن رقعها. تتناثر كرات اللحام عبر داخـل غلاف الحاجز، مما يخلق حقل ألغام من العيوب المحتملة.

كيف تتكون كرات اللحام ولماذا هي مهمة

كرات اللحام هي كرات صغيرة من السبيكة تتشكل عندما يتم استبدال اللحام المذاب ويتصلب بمعزل. يطلق نفاث الغاز من ثقب مثقوب هذه القطرات، والتي تتكون بشكل طبيعي ككريات بسبب التوتر السطحي. مع تبريد اللوحة، تتصلب أينما هبطت.

الخطر الكهربائي واضح. يمكن لكرة موصلة أن تربط مسارين، مما يخلق قصرًا كهربائيًا. حتى لو لم يتسبب في فشل فوري، فإن كرة اللحام المفكوكة تعتبر بمثابة قنبلة زمنية للاعتمادية؛ الاهتزاز أو دورة الحرارة يمكن أن تخلعها، مسببة قصرًا لاحقًا في عمر المنتج. للتطبيقات ذات الاعتمادية العالية في السيارات أو الطبية أو الفضاء، وجود كرات اللحام هو بمثابة معيار للرفض.

الخطر الميكانيكي أكثر دقة. كرات اللحام المحتجزة تحت الدرع يمكن أن تمنعه من الجلوس بشكل محكم ضد اللوحة، مما يقلل من فعالية الحماية. في الحالات القصوى، كرة محشورة بين الدرع ومكون قد تخلق ضغطًا ميكانيكيًا، مما يؤدي إلى تصدع المكون أو تعب اللحامات. إعادة العمل على لوحة لإزالة الدرع تستغرق وقتًا وتكلف الكثير، وغالبًا ما تتطلب دورة إعادة تدفق كاملة وتخاطر بتلف اللوحة والدرع نفسه.

عبر المعالجات التي تتغلب على إعادة التدفق

الحل هو إزالة الطبقة الرقيقة من غشاء اللحام على النقطة وتوفير مسار مراقب لأي عملية تصريف غاز. توجد ثلاثة بدائل رئيسية للنقاط تحت دروع RF.

نقاط مفتوحة: أبسط خيار هو ترك النقاط مفتوحة، بدون غشاء لحام على الفتحات. هذا يخلق مسار تهوية واضح لأي رطوبة أو مواد متطايرة في الطبقة، مما يمنع تراكم الضغط. القلق الرئيسي من النقاط المفتوحة — امتصاص اللحام داخل الأنبوب — نادرًا ما يكون مشكلة تحت الدروع، حيث أن مغانط التثبيت كبيرة وعادة لا تكون بجانب المكونات ذات الديبرات الدقيقة. هذا هو الحل الأقل تكلفة والأكثر مباشرة.

نقاط مملوءة: هنا، يتم ملء نبوب النقطة بطبقة غير موصلة من الإيبوكسي، ثم تسويتها وتحميرها. هذا يقضي على الفراغ الذي يحبس الرطوبة، ويمنع بشكل فعال تصريف الغازات من أنبوب النقطة. النقاط المملوءة أكثر تكلفة بشكل كبير وغالبًا ما تقتصر على تصاميم النقاط داخل الحفرة حيث يجب أن يجلس مكون مباشرة فوق النقطة. على الرغم من فعاليتها، إلا أن هذا غالبًا يكون مبالغًا فيه للمنطقة تحت الدرع.

نقاط مغلقة: حل وسط، النقاط المغلقة، يتم ملؤها بغشاء لحام أو سدادة راتنجية تستقر أسفل السطح مباشرة. تمنع السدادة امتصاص اللحام ولكنها لا تخلق ختمًا محكمًا. على الرغم من أنها أقل تكلفة من النقاط المملوءة بالكامل، إلا أنها تقدم فائدة محدودة مقارنة بالنقاط المفتوحة في هذا التطبيق المحدد، حيث أن الهدف الرئيسي هو التهوية وليس الإغلاق.

نهج ذو تكلفة أقل وأكثر فعالية ذات علاقة هو نقطة قريبة من الحافة. عن طريق وضع النقاط المفتوحة خارج حافة التثبيت للدروع — مع الحفاظ على مسافة فارغة لا تقل عن 0.2 مم من dépôt من معجون اللحام — تحصل على الاتصال الكهربائي الضروري بدون خطر الامتصاص أو تكلفة الملء.

تصميم لإعادة العمل

تجنب النقاط ذات السقف هو الخطوة الأولى. التالية هي التصميم وفقًا للواقع أن الدروع غالبًا ما تحتاج إلى إزالتها من أجل التصحيح، الإصلاح، أو الترقيات.

يجب أن تكون فتحات غشاء اللحام حول محيط الدرع بحجم يسمح بالوصول لأدوات إعادة العمل. مَنَصَّة شائعة هي تحديد فتحة تمتد من 0.1 إلى 0.15 مم وراء حافة الدرع. يوفر هذا دليلًا بصريًا ويضمن أن يكون كامل وصلة اللحام قابلاً للوصول. إذا كانت الفتحة ضيقة جدًا، يعمل الغشاء كمشتت للحرارة، مما يصعب إعادة العمل؛ وإذا كانت كبيرة جدًا، فإنها تعرض المسارات المجاورة لاحتمالية التلف.

افترض من البداية أن الدرع سيتم إزالته. قم بتصميم وسادات التثبيت بكتلة حرارية كافية وترك مساحة كافية لطبقة اللحام للبقاء على قيد الحياة خلال دورات إعادة العمل المتعددة دون رفعها. هذا يعني استخدام وسادات أكبر من الحد الأدنى المطلوب للتثبيت وتسجيل إجراء إعادة العمل الصحيح، بما في ذلك درجة حرارة الأداة ووقت الإقامة.

استراتيجية نقطة الاختبار عندما تحجب الحواجز الوصول

درع RF هو حائط، يمنع الوصول المباشر للمسح إلى الإشارات داخلها. يجب إعادة توطين نقاط الاختبار الحرجة خارج محيط الدرع خلال مرحلة التصميم.

بالنسبة لشبكات الطاقة والأرض، الأمر بسيط، لأنها يمكن الوصول إليها من مكان آخر على اللوحة. بالنسبة للإشارات الحساسة RF أو عالية السرعة، الحل غالبًا هو وسادة اختبار صغيرة وموصلة بالتردد المتناوب تقع خارج جدار الدرع مباشرة. هذا يسمح بالاختبار دون المساس بسلامة الحماية، على الرغم من ضرورة حساب السعة الطفيلية الصغيرة في التصميم.

ميّز بين خياطة التوصيل والنقاط الاختبارية. الصفائف الكثيفة من التوصيلات الصغيرة تحت الدرع مخصصة للأرض، وليست للاختبار. إذا كنت بحاجة إلى استقصاء اتصال أرضي، أضف نقطة اختبار مخصصة ذات قطر أكبر بالقرب من المحيط، مع وضع علامة واضحة عليها على الشاشة الحريرية.

تصحيح تصميم موجود

إذا كنت تواجه بالفعل مشكلة الانبعاث على لوحة مصممة باستخدام التوصيلات المخفية، فإن خياراتك محدودة. يُعتبر أفضل الحلول هو مراجعة على مستوى جربر، وطلب من الصانع إزالة طبقة اللحام على التوصيلات في المنطقة المتأثرة. إذا كانت اللوحات قد تم بناؤها بالفعل، فإن خبزها مسبقًا عند 120 درجة مئوية لبضع ساعات قبل التجميع يمكن أن يطرد بعض الرطوبة ويقلل من حدة الانبعاث. ومع ذلك، فإن أي من هذين الإجراءين لا يعوض عن تصميم اللوحة بشكل صحيح من البداية.