Pembunuh Diam Hasil Produksi: Mengapa MLCC Anda Selalu Pecah (Dan Bukan Mesin Pemasangan)

Garis turun. Grafik hasil produksi menurun. Sekelompok papan gagal uji fungsional dengan korsleting intermittent di rel 12V. Reaksi langsung dari lantai produksi adalah menyalahkan mesin pick-and-place. Penalarannya tampak masuk akal: nosel berkecepatan tinggi menampar komponen keramik rapuh ke papan. Jika komponen pecah, pasti robot memukulnya terlalu keras.

Insinyur hilang berminggu-minggu mengkalibrasi tekanan nosel. Mereka menukar pemakan suku cadang. Mereka mengganggu vendor, mengklaim bahwa “batch buruk” kapasitor telah mencemari rantai pasokan. Ini adalah Kesalahan “Batch Buruk”—kebohongan yang menenangkan bahwa membeli suku cadang cacat, membebaskan tim proses dari tanggung jawab. Tetapi mesin penempatan modern dari Panasonic, Fuji, atau ASM memiliki loop umpan balik kekuatan yang begitu sensitif sehingga dapat mendeteksi ketidaklurusan dalam mikron. Kecuali operator meremukkan 0201 dengan nosel yang dimaksudkan untuk D-pack, mesin tidak bersalah.

Komponen tidak pecah selama penempatan. Ia pecah kemudian, saat papan melengkung.

Anatomi Chevron

Untuk melihat mengapa teori penempatan gagal, lihatlah mayatnya. Kapasitor keramik (MLCC) pada dasarnya adalah balok kaca. Ia memiliki kekuatan kompresi tinggi tetapi tidak memiliki kelenturan tarik. Ketika PCB melengkung, fiberglass meregang. Fillet solder yang kaku mentransfer peregangan langsung ke badan keramik.

Jika kekuatan berasal dari tumbukan vertikal—seperti nosel penempatan—retakan akan tampak seperti kawah atau cekungan di permukaan. Itu bukan yang mematikan hasil produksi. Pembunuhnya adalah yang retak fleks.

Di bawah mikroskop penampang melintang, kegagalan ini memiliki tanda tangan yang khas: retakan "chevron" atau 45 derajat. Ini dimulai di sudut bawah kapasitor, tepat di tempat termination bertemu badan keramik, dan menyebar secara diagonal ke atas. Sudut ini adalah hasil dari tegangan tarik yang menarik bawah komponen terpisah saat papan melengkung di bawahnya. Ini adalah kegagalan geser buku teks—catatan fisik dari papan yang membengkok melebihi batas regangan keramik.

Bahaya sebenarnya di sini adalah sembunyi-sembunyi. Seringkali, retakan cukup rapat sehingga komponen lolos Uji Rangkaian Dalam (ICT) karena pelat masih bersentuhan. Tapi begitu papan memanas saat beroperasi atau bergetar di lapangan, retakan terbuka. Kelembapan masuk. Resistansi isolasi menurun. Kapasitor korsleting. Papan yang lolos setiap pengujian pabrik mati di tangan pelanggan dua bulan kemudian.

TKP: Tempat Kejadian Perkara: Pemisahan Panel

Jika mesin penempatan tidak membengkokkan papan, apa yang melakukannya? Kerusakan hampir selalu terjadi saat depaneling—memisahkan papan individu dari panel produksi.

Pemecahan manual adalah pelaku terburuk. Dalam produksi volume tinggi dan biaya-sensitif—terutama untuk barang konsumen—panel sering kali diberi garis V (V-score) dan dipisahkan secara manual. Bahkan lebih buruk, operator mungkin menggunakan “metode lutut” atau tepi meja kerja untuk memecahkan panel. Ini menerapkan torsi besar dan tidak konsisten. Fiberglass FR4 melentur, tetapi sambungan solder tidak. Tegangan terkonsentrasi di titik terkeras pada papan: pad solder dari komponen keramik besar.

Pemutus gulir bergaya “pemotong pizza” pun berbahaya. Jika tinggi pisau diatur salah atau jika operator menekan panel melalui dengan sudut sedikit, papan akan melengkung. Proses V-score bergantung pada memecahkan web sisa dari bahan. Pecahan itu adalah kejadian mekanis yang keras yang mengirim gelombang kejut melalui fiberglass.

Metode yang aman untuk elektronik dengan keandalan tinggi hanyalah router (tab-route). Mata router mengukir bahan, meninggalkan tidak ada stres pada PCB. Lebih lambat, menghasilkan debu, dan membutuhkan lebih banyak perawatan. Tetapi ini tidak memperkenalkan stres lentur sama sekali. Manajer sering melawan beralih ke router karena penalti waktu siklus, menghitung biaya mata bor versus pisau V-score yang murah. Mereka jarang menghitung biaya tingkat limbah 2% atau recall lapangan $50.000 yang disebabkan oleh pemisahan manual.

Geometri Adalah Takdir

Jika router tidak memungkinkan dan V-score wajib, kelangsungan hidup kapasitor bergantung pada tata letak. Dua variabel penting: Orientasi dan Jarak.

Orientasi adalah aturan yang paling sering diabaikan dalam desain PCB. Sebuah kapasitor ditempatkan sejajar dengan garis patah berada di zona mati. Ketika papan melengkung sepanjang V-score, sumbu panjang kapasitor meregang. Seluruh panjang komponen menolak lengkungan, dan itu memecah.

Putar komponen yang sama 90 derajat, sehingga menjadi tegak lurus dengan garis patah. Sekarang, saat papan melengkung, tegangan berlaku pada lebar komponen, bukan panjangnya. Sambungan solder bertindak sebagai titik poros daripada jangkar kaku, menurunkan risiko retak secara eksponensial.

Lalu ada jarak. Perancang suka mengemas komponen dekat tepi papan untuk memperkecil faktor bentuk. Mereka bergantung pada Pemeriksaan Aturan Desain CAD (DRC) untuk menandai jika sebuah bagian terlalu dekat. Tetapi pemeriksaan DRC standar melakukan elektrikal keling (tembaga ke tembaga), tidak mekanis keamanan. Sebuah kapasitor bisa secara elektrik aman 1mm dari tepi, tetapi secara mekanis pasti rusak.

Zona aman biasanya 5mm dari garis pemisah manapun. Tentu saja ini bervariasi—papan tebal 1.6mm mentransfer lebih banyak tekanan daripada yang tipis 0.8mm, dan arah anyaman kaca penting. Tetapi 5mm adalah angka “tidur nyenyak di malam hari”. Jika kapasitor 1206 ditempatkan 2mm dari V-score, paralel dengan potongan, itu bukan soal jika itu retak, tetapi ketika.

Band-Aid “Soft Termination”

Ketika tata letak tidak dapat diubah—biasanya karena papan sudah diputar dan hasil produksi menurun—insinyur sering menggunakan kapasitor “Soft Termination” atau “Flex-term”.

Kapasitor standar menggunakan terminasi logam kaku. Soft termination menambahkan lapisan resin epoksi konduktif antara tembaga dan pelapisan nikel/tim. Resin ini berfungsi sebagai peredam kejutan, memungkinkan terminasi sedikit terkelupas dari badan keramik saat ditekuk. Ini memutus sambungan listrik (gagal terbuka) daripada memecah keramik (gagal pendek).

Sering kali ada kebingungan di sini, dengan manajer pengadaan bertanya apakah biaya tambahan sepadan. Ini berhasil, tetapi bukan sihir. Ini meningkatkan toleransi tekuk dari mungkin 2mm deviasi menjadi 5mm. Anggap saja seperti airbag. Airbag mengurangi tingkat fatalitas, tetapi itu tidak berarti Anda bisa menabrakkan diri ke tembok bata dengan kecepatan 60 mph. Jika proses pelepasan panel melibatkan operator yang mematahkan papan di atas lututnya, soft termination tidak akan menyelamatkan bagian tersebut. Ini adalah jaring pengaman, bukan obat untuk proses yang buruk.

Validasi: Bukti Merokok

Jadi, bagaimana Anda membuktikan kepada manajemen bahwa kesalahan terletak pada proses, bukan vendor? Jawabannya terletak pada pengujian destruktif.

Kirim papan yang gagal ke laboratorium untuk uji “Dye-and-Pry”. Teknisi menyemprotkan tinta merah ke area tersebut, menempatkan papan dalam ruang vakum untuk memaksa tinta masuk ke setiap retakan, dan kemudian secara mekanis mencabut komponen dari papan. Jika ada tinta merah di wajah fraktur, retakan tersebut ada sebelum hasil tes.

Jika tinta mengungkapkan bahwa signature chevron 45-degree, argumen selesai. Itu adalah retak fleks. Itu tidak terjadi di vendor. Itu tidak terjadi di mesin penempatan. Itu terjadi saat papan dibengkokkan. Pergi berjalan di jalur produksi. Perhatikan bagaimana panel dipisahkan. Dengarkan suara pecahan. Suara itu adalah suara uang yang keluar dari pabrik.