उपज का मौन हत्यारा: क्यों आपके MLCC लगातार टूटते रहते हैं (और यह प्लेसमेंट मशीन नहीं है)

रेखा नीचे जाती है। उपज चार्ट गिरता है। बोर्ड का एक बैच इंटरमिटेंट शॉर्ट्स के साथ फंक्शनल टेस्ट में फेल हो जाता है, 12V रेल पर। उत्पादन फर्श से तुरंत प्रतिक्रिया मशीन को दोष देना है। तर्क उचित लगता है: एक हाई-स्पीड नोजल एक नाजुक सिरेमिक कंपोनेंट को बोर्ड पर मारता है। यदि कंपोनेंट फटा है, तो निश्चित रूप से रोबोट ने उसे बहुत जोर से मारा।

इंजीनियर हफ्तों तक नोजल प्रेशर को कैलिब्रेट करते हैं। वे फीडर को बदलते हैं। वे विक्रेता को परेशान करते हैं, यह दावा करते हुए कि कैपेसिटर का “खराब बैच” आपूर्ति श्रृंखला को प्रदूषित कर गया है। यह “खराब बैच” भ्रांति है—सुखदायक झूठ कि दोषपूर्ण पुर्जे खरीदकर, प्रक्रिया टीम को जिम्मेदारी से मुक्त किया जाता है। लेकिन आधुनिक प्लेसमेंट मशीनें Panasonic, Fuji, या ASM से इतनी संवेदनशील फोर्स फीडबैक लूप्स हैं कि वे माइक्रोन की गलत स्थिति का पता लगा सकते हैं। जब तक ऑपरेटर 0201 को D-पैक के लिए बनाए गए नोजल से क्रश नहीं कर रहा हो, मशीन निर्दोष है।

कंपोनेंट प्लेसमेंट के दौरान नहीं टूटा। यह बाद में टूटा, जब बोर्ड मुड़ा।

चैवर का एनाटॉमी

देखने के लिए कि प्लेसमेंट थ्योरी क्यों फेल होती है, शव को देखें। एक सिरेमिक कैपेसिटर (MLCC) मूल रूप से कांच का एक ब्लॉक है। इसकी उच्च संकुचन शक्ति है लेकिन शून्य तन्य लचीलापन। जब एक PCB मुड़ता है, तो फाइबरग्लास खिंचता है। कठोर सोल्डर फिलेट्स उस खिंचाव को सीधे सिरेमिक बॉडी में स्थानांतरित कर देते हैं।

यदि बल एक ऊर्ध्वाधर प्रभाव से आया—जैसे कि प्लेसमेंट नोजल—तो दरार एक क्रेटर या सतह की खोह जैसी दिखेगी। यही उपज को मारने वाला नहीं है। हत्यारा है लचीलापन दरार.

क्रॉस-सेक्शन माइक्रोस्कोप के तहत, इस विफलता का एक विशिष्ट संकेत है: “चेवॉर” या 45-डिग्री की दरार। यह कैपेसिटर के निचले कोने से शुरू होती है, जहां टर्मिनेशन सिरेमिक बॉडी से मिलती है, और तिरछे ऊपर की ओर फैलती है। यह कोण तन्य तनाव का परिणाम है जो बोर्ड के नीचे खिंचाव के कारण घटक के निचले भाग को अलग खींचता है। यह एक पाठ्यपुस्तक shear विफलता है—एक भौतिक रिकॉर्ड कि बोर्ड सिरेमिक के तनाव सीमा से अधिक मुड़ा हुआ है।

यहां असली खतरा छुपा हुआ है। अक्सर, दरार इतनी टाइट होती है कि कंपोनेंट इन-सर्किट टेस्ट (ICT) पास कर लेता है क्योंकि प्लेटें अभी भी संपर्क में हैं। लेकिन एक बार बोर्ड ऑपरेशन में गर्म हो जाता है या फील्ड में हिलता है, तो दरार खुल जाती है। नमी अंदर चली जाती है। इंसुलेशन प्रतिरोध गिर जाता है। कैपेसिटर शॉर्ट सर्किट हो जाता है। एक ऐसा बोर्ड जो हर फैक्ट्री टेस्ट पास कर गया, दो महीने बाद ग्राहक के हाथों मर जाता है।

अपराध स्थल: डिपैनलिंग

यदि प्लेसमेंट मशीन ने बोर्ड को नहीं मोड़ा, तो क्या किया? नुकसान लगभग हमेशा डिपैनलिंग के दौरान होता है—उत्पादन पैनल से व्यक्तिगत बोर्डों को अलग करना।

मैनुअल स्नैप सबसे खराब अपराधी है। उच्च मात्रा, लागत-संवेदनशील उत्पादन में—विशेष रूप से उपभोक्ता वस्तुओं के लिए—पैनल अक्सर V-ग्रोव (V-score) के साथ स्कोर किए जाते हैं और हाथ से अलग किए जाते हैं। इससे भी बदतर, ऑपरेटर “नी मथड” या वर्कबेंच के किनारे का उपयोग कर पैनल को तोड़ सकते हैं। यह भारी, असमान टॉर्क लागू करता है। FR4 फाइबरग्लास मुड़ता है, लेकिन सोल्डर जॉइंट्स नहीं। तनाव सबसे कठोर बिंदुओं पर केंद्रित होता है: बड़े सिरेमिक कंपोनेंट्स के सोल्डर पैड।

यहां तक कि “पिज्जा कटर” शैली के रोलिंग ब्लेड से अलग करने वाले उपकरण भी खतरनाक हैं। यदि ब्लेड की ऊंचाई गलत सेट की गई है, या यदि ऑपरेटर पैनल को थोड़े कोण पर धकेलता है, तो बोर्ड झुक जाता है। V-स्कोर प्रक्रिया शेष वेब सामग्री को तोड़ने पर निर्भर करती है। वह तोड़ना एक हिंसक यांत्रिक घटना है जो फाइबरग्लास के माध्यम से झटके की लहर भेजती है।

एकमात्र सुरक्षित तरीका उच्च-विश्वसनीयता इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए राउटर (tab-route) है। एक राउटर बिट सामग्री को मिल करता है, जिससे PCB पर कोई तनाव नहीं रहता। यह धीमा है, धूल बनाता है, और अधिक रखरखाव की आवश्यकता होती है। लेकिन यह शून्य झुकाव तनाव प्रस्तुत करता है। प्रबंधक अक्सर साइकिल टाइम पेनल्टी के कारण राउटर में स्विच करने से इनकार करते हैं, बिट की लागत को सस्ते V-score ब्लेड की तुलना में गणना करते हैं। वे शायद ही कभी 2% स्क्रैप रेट या $50,000 फील्ड रिकॉल की लागत का हिसाब लगाते हैं, जो मैनुअल पृथक्करण के कारण होता है।

ज्यामिति ही भाग्य है

यदि राउटर असंभव है और V-score अनिवार्य है, तो कैपेसिटर का जीवनकाल लेआउट पर निर्भर करता है। दो चर महत्वपूर्ण हैं: दिशा और दूरी.

दिशा PCB डिज़ाइन में सबसे अधिक अनदेखी की जाने वाली नियम है। एक कैपेसिटर जो समानांतर विभाजन रेखा के समानांतर रखा गया है, तो वह किल क्षेत्र में है। जब बोर्ड V-score के साथ झुकता है, तो कैपेसिटर का लंबा अक्ष खिंचता है। घटक की पूरी लंबाई झुकाव का विरोध करती है, और यह टूट जाता है।

उसी घटक को 90 डिग्री घुमाएँ, ताकि यह लंबवत विभाजन रेखा के। अब, जब बोर्ड झुकता है, तो तनाव घटक की चौड़ाई पर लागू होता है, न कि लंबाई पर। सोल्डर जॉइंट एक पिवट पॉइंट के रूप में कार्य करते हैं बजाय एक कठोर एंकर के, जिससे क्रैकिंग का जोखिम बहुत कम हो जाता है।

फिर दूरी है। डिज़ाइनर फॉर्म फैक्टर को कम करने के लिए घटकों को बोर्ड के किनारे तक पैक करना पसंद करते हैं। वे CAD डिज़ाइन नियम जांच (DRC) पर निर्भर करते हैं कि यदि कोई भाग बहुत पास है तो उसे सूचित किया जाए। लेकिन मानक DRC जांच के लिए इलेक्ट्रिकल क्लियरेंस (कॉपर टू कॉपर), नहीं यांत्रिक सुरक्षा। एक कैपेसिटर किनारे से 1mm दूर विद्युत रूप से सुरक्षित हो सकता है, लेकिन यांत्रिक रूप से नष्ट हो सकता है।

सुरक्षित क्षेत्र आमतौर पर 5mm किसी भी ब्रेक लाइन से। यह निश्चित रूप से भिन्न होता है—एक मोटी 1.6mm की बोर्ड अधिक तनाव स्थानांतरित करती है बनाम एक पतली 0.8mm, और कांच की बुनाई दिशा महत्वपूर्ण है। लेकिन 5mm मानक “रात में सोने” का नंबर है। यदि एक 1206 कैपेसिटर 2mm दूर V-स्कोर पर बैठता है, जो कट के समानांतर है, तो यह मामला नहीं है यदि यह फटता है, लेकिन कब.

“सॉफ्ट टर्मिनेशन” बैंड-एड

जब लेआउट बदला नहीं जा सकता—आम तौर पर क्योंकि बोर्ड पहले ही घूम चुका है और उपज गिर रही है—इंजीनियर अक्सर “सॉफ्ट टर्मिनेशन” या “फ्लेक्स-टर्म” कैपेसिटर का उपयोग करते हैं।

मानक कैपेसिटर कठोर धातु टर्मिनेशन का उपयोग करते हैं। सॉफ्ट टर्मिनेशन में कॉपर और निकल/टिन प्लेटिंग के बीच एक चालक एपॉक्सी राल की परत जोड़ी जाती है। यह राल झटका अवशोषक के रूप में कार्य करता है, जिससे टर्मिनेशन को बेंड के दौरान सिरेमिक बॉडी से थोड़ा अलग peeling करने की अनुमति मिलती है। यह विद्युत कनेक्शन को तोड़ता है (फेल ओपन) बजाय कि सिरेमिक को फोड़ने (फेल शॉर्ट)।

यहां अक्सर भ्रम होता है, जिसमें खरीद प्रबंधक पूछते हैं कि अतिरिक्त लागत का मूल्य है या नहीं। यह काम करता है, लेकिन यह जादू नहीं है। यह बेंडिंग सहिष्णुता को शायद 2mm के डिफ्लेक्शन से 5mm तक बढ़ाता है। इसे एक एयरबैग के रूप में सोचें। एक एयरबैग मृत्यु दर को कम करता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि आप 60mph की रफ्तार से ईंट की दीवार में जा सकते हैं। यदि डिपैनलिंग प्रक्रिया में एक ऑपरेटर अपने घुटने पर बोर्ड को तोड़ रहा है, तो सॉफ्ट टर्मिनेशन भाग को नहीं बचाएगा। यह एक सुरक्षा जाल है, न कि खराब प्रक्रिया का इलाज।

मान्यकरण: द स्मोकिंग गन

तो, आप प्रबंधन को कैसे साबित करते हैं कि प्रक्रिया दोषपूर्ण है, विक्रेता नहीं? इसका उत्तर विनाशकारी परीक्षण में है।

विफल बोर्ड को “डाई-एंड-प्राई” परीक्षण के लिए प्रयोगशाला भेजें। तकनीशियन क्षेत्र को लाल रंग की डाई से भर देता है, बोर्ड को वाक्यूम चैम्बर में रखता है ताकि स्याही किसी भी दरार में प्रवेश कर सके, और फिर यांत्रिक रूप से घटक को बोर्ड से अलग कर देता है। यदि फ्रैक्चर फेस पर लाल स्याही है, तो दरार मौजूद थी पहले परीक्षण।

यदि स्याही उस हस्ताक्षर 45-डिग्री चेकरन को प्रकट करता है, तो तर्क समाप्त हो गया है। वह एक फ्लेक्स क्रैक है। यह विक्रेता पर नहीं हुआ। यह प्लेसमेंट मशीन में नहीं हुआ। यह तब हुआ जब बोर्ड मुड़ा। उत्पादन लाइन पर चलें। देखें कि पैनल कैसे अलग हो रहे हैं। क्लिक की आवाज़ सुनें। वह आवाज़ पैसे के फैक्ट्री छोड़ने की आवाज़ है।