O Assassino Silencioso do Rendimento: Por Que Seus MLCCs Continuam Rachando (E Não É a Máquina de Colocar Componentes)

A linha cai. O gráfico de rendimento diminui. Um lote de placas falha no teste funcional com curtos intermitentes na linha de 12V. A reação imediata da produção é culpar a máquina de pick-and-place. O raciocínio parece sensato: uma bocal de alta velocidade prensou um componente cerâmico frágil na placa. Se o componente estiver rachado, certamente o robô bateu nele com força.

Engenheiros perdem semanas calibrando a pressão do bocal. Trocam alimentadores. Acusam o fornecedor, alegando que um "lote ruim" de capacitores contaminou a cadeia de suprimentos. Essa é a Falácia do "Lote Ruim" — a mentira reconfortante de comprar peças defeituosas, isentando a equipe de processo de responsabilidade. Mas máquinas modernas de colocação, da Panasonic, Fuji ou ASM, têm ciclos de feedback de força tão sensíveis que podem detectar um desalinhamento de mícrons. A menos que um operador esteja esmagando um 0201 com um bocal feito para um D-pack, a máquina é inocente.

O componente não quebrou durante a colocação. Quebrou depois, quando a placa se dobrou.

A Anatomia do Chevron

Para entender por que a teoria da colocação falha, olhe para o cadáver. Um capacitor cerâmico (MLCC) é essencialmente um bloco de vidro. Tem alta resistência à compressão, mas zero flexibilidade à tração. Quando uma PCB se dobra, a fibra de vidro se estira. As pastilhas de solda rígidas transferem esse estiramento diretamente para o corpo de cerâmica.

Se a força veio de um impacto vertical — como um bocal de colocação — a rachadura pareceria uma cratera ou uma concavidade na superfície. Essa não é a causa da morte do rendimento. O responsável é a rachadura por flexão.

Sob um microscópio de seção transversal, essa falha tem uma assinatura distinta: a rachadura em "chevron" ou de 45 graus. Ela inicia no canto inferior do capacitor, exatamente onde a terminação encontra o corpo de cerâmica, e se propaga diagonalmente para cima. Esse ângulo é resultado de uma tensão de tração puxando a parte inferior do componente enquanto a placa se dobra por baixo dele. É uma falha por cisalhamento clássica — um registro físico de uma placa dobrada além do limite de deformação do cerâmica.

O perigo real aqui é o sigilo. Muitas vezes, a rachadura é tão apertada que o componente passa no Teste de Circuito In-Loco (ICT), porque as placas ainda estão tocando. Mas, assim que a placa esquenta na operação ou vibra no campo, a rachadura se abre. A umidade entra. A resistência de isolamento cai. O capacitor faz curto. Uma placa que passou em todos os testes de fábrica morre nas mãos do cliente dois meses depois.

A Cena do Crime: Depanelização

Se a máquina de colocação não dobrou a placa, o que fez isso? O dano quase sempre ocorre durante a separação—ao separar as placas individuais do painel de produção.

A quebra manual é a maior culpada. Em produções de alto volume e sensíveis ao custo—especialmente para bens de consumo—os painéis são frequentemente sulcados com uma ranhura em V (V-score) e separados manualmente. Ainda pior, os operadores podem usar o “método do joelho” ou a borda de uma bancada para quebrar o painel. Isso aplica um torque massivo e inconsistente. O vidro de fibra de vidro FR4 se dobra, mas as joints de solda não. O estresse se concentra nos pontos mais rígidos da placa: as almofadas de solda de componentes grandes de cerâmica.

Nem mesmo separadores de lâmina giratória no estilo “cortador de pizza” são seguros. Se a altura da lâmina estiver ajustada incorretamente, ou se o operador empurrar a placa com um ângulo ligeiramente inclinado, a placa dobra. Um processo de sulcagem em V depende de quebrar a web remanescente do material. Essa quebra é um evento mecânico violento que envia uma onda de choque através do vidro de fibra.

O único método seguro para eletrônica de alta confiabilidade é o roteador (tab-route). Uma ponta de roteador usina o material, sem exercer estresse na PCB. É mais lento, gera poeira e requer mais manutenção. Mas não gera qualquer tensão de flexão. Os gerentes frequentemente resistem à troca para roteadores por causa do tempo de ciclo, calculando o custo da ponta versus a lâmina V-score barata. Raramente calculam o custo de uma taxa de sucata de 2% ou de uma recall de campo de $50.000 causada pela separação manual.

A Geometria é o Destino

Se um roteador for impossível e o V-score for obrigatório, a sobrevivência do capacitor depende do layout. Duas variáveis importam: Orientação e Distância.

Orientação é a regra mais ignorada no projeto de PCB. Um capacitor colocado paralelamente à linha de quebra está na zona de risco. Quando a placa dobra ao longo do V-score, o eixo longo do capacitor se estica. O comprimento total do componente resiste à deformação, e ele quebra.

Gire esse mesmo componente 90 graus, para que fique perpendicular à linha de quebra. Agora, quando a placa dobra, o estresse se aplica à largura do componente, e não ao comprimento. As joints de solda funcionam como um pivô, ao invés de um ancoragem rígida, reduzindo exponencialmente o risco de trincas.

Depois há a distância. Os projetistas adoram empacotar componentes bem na borda da placa para reduzir o tamanho. Eles confiam nas Verificações de Regras de Desenho (DRC) do CAD para sinalizar se uma peça está muito próxima. Mas as DRCs padrão verificam por elétrico espaçamento (cobre com cobre), não mecânico segurança. Um capacitor pode ser eletricamente seguro a 1mm da borda, mas mecanicamente condenado.

A zona segura costuma ser 5mm de qualquer linha de ruptura. Isso varia, é claro — uma placa grossa de 1,6mm transmite mais estresse do que uma fina de 0,8mm, e a direção do tecido de vidro importa. Mas 5mm é o número padrão de 'dormir tranquilo'. Se um capacitor 1206 estiver a 2mm de uma V-score, paralelo ao corte, não é uma questão de se ele rachar, mas quando.

A Faixa de Terminação Suave

Quando o layout não pode ser alterado — geralmente porque a placa já foi produzida e a produção está caindo — os engenheiros costumam recorrer a capacitores de 'Terminação Suave' ou 'Flex-term'.

Capacitores padrão usam uma terminação de metal rígido. A terminação suave adiciona uma camada de resina epóxi condutora entre o cobre e o niquel/latão. Essa resina atua como um amortecedor de choque, permitindo que a terminação desprenda-se ligeiramente do corpo de cerâmica durante uma dobra. Isso quebra a conexão elétrica (falha aberta) ao invés de rachar a cerâmica (falha curto).

Freqüentemente há confusão aqui, com gerentes de compras perguntando se o custo extra vale a pena. Funciona, mas não é mágica. Aumenta a tolerância à dobra de talvez 2mm de deflexão para 5mm. Pense nisso como um airbag. Um airbag reduz taxas de fatalidade, mas não significa que você possa dirigir contra uma parede de tijolos a 60mph. Se o processo de depaneamento envolver um operador quebrando a placa com o joelho, a terminação suave não salvará a peça. É uma rede de segurança, não uma cura para um processo ruim.

Validação: A Prova do Crime

Então, como você prova para a gerência que o problema é do processo e não do fornecedor? A resposta está no teste destrutivo.

Envie a placa com falha para o laboratório para um teste “Dye-and-Pry”. O técnico inunda a área com corante vermelho, coloca a placa em uma câmara de vácuo para forçar a tinta a entrar em fissuras, e então remove mecanicamente o componente da placa. Se houver tinta vermelha na face da fratura, a rachadura existia antes de o teste.

Se a tinta revelar aquele assinatura de chevron de 45 graus, a discussão acabou. Trata-se de uma rachadura de flexão. Ela não aconteceu no fornecedor. Não aconteceu na máquina de colocação. Aconteceu quando a placa foi dobrada. Vá até a linha de produção. Observe como os painéis são separados. Ouça o estalo. Esse som é o som do dinheiro saindo da fábrica.