กลโกงการติดตั้งแบบ Press-Fit: ทำไมแผงหลังของคุณถึงล้มเหลวและวิธีแก้ไข

แผงวงจรหลังความหนาแน่นสูงเป็นระบบประสาทของอุปกรณ์ซับซ้อน เมื่อหนึ่งล้มเหลวในสนาม ผลที่ตามมาสามารถร้ายแรง นำไปสู่การหยุดทำงานที่มีค่าใช้จ่ายสูง การซ่อมแซม และความสูญเสียความไว้วางใจจากลูกค้า เราเห็นแนวโน้มที่ต่อเนื่องและน่ากังวลของความล้มเหลวเหล่านี้ซึ่งเกิดจากส่วนประกอบที่ควรมีความน่าเชื่อถือสูง: ตัวเชื่อมต่อแบบ press-fit แต่ตัวเชื่อมต่อเองแทบจะไม่ใช่ปัญหา ปัญหาเกิดจากความเข้าใจผิดพื้นฐานของระบบ press-fit ทั้งหมด ซึ่งถูกซ่อนอยู่โดยเปลือกของการยอมรับด้านความงาม

ความน่าเชื่อถือของ press-fit ไม่ใช่ศิลปะ แต่มันคือวิทยาศาสตร์ที่รุนแรงของแรงและแรงเสียดทาน การเชื่อมต่อที่ประสบความสำเร็จเป็นผลมาจากระบบที่ควบคุมอย่างเข้มงวด ซึ่งรูเจาะผ่านเคลือบในแผงวงจรและขาเสียดทานของตัวเชื่อมต่อถูกปฏิบัติเป็นอันหนึ่งอันเดียวกัน เป็นการประกอบแบบแม่นยำเกินไปหลายดีไซน์ให้โอกาสนี้เป็นเพียงโชคชะตา สร้างการเชื่อมต่อที่ผ่านการตรวจสอบด้วยสายตา แต่เป็นระเบิดเวลา ที่ Bester PCBA เราออกแบบเพื่อความแน่นอน ซึ่งต้องเปลี่ยนแนวคิดจากการหวังให้พอดีดีไปสู่การเรียกร้องให้เป็นธรรม

ภาพลวงตาของการเชื่อมต่อที่ดี

การเชื่อมต่อแบบ press-fit ที่อันตรายที่สุดคือที่ดูเหมือนจะสวยงามสมบูรณ์ การที่หมุดนั่งสนิทหนAgainstแผงวงจรให้ความรู้สึกปลอดภัยเท็จ ซึ่งมักจะถูกเสริมด้วยการปฏิบัติที่เป็นปัญหาอย่างรุนแรง: การใช้โลหะบัดกรีด้านนอกบนหมุดที่หลวมเพื่อ "แน่นขึ้น"

การเติมบัดกรีเข้าไปในหมุด press-fit ไม่ใช่การซ่อมแซม เป็นการยอมรับความล้มเหลว มันไม่สามารถสร้างข้อต่อที่แน่นหนาและกันก๊าซ 360 องศาได้ตามที่เทคโนโลยีออกแบบไว้ แทนที่มันจะเป็นสะพานไฟฟ้าที่บอบบางและไม่น่าเชื่อถือ ซึ่งซ่อนสาเหตุหลัก: รูที่สร้างไม่ถูกต้อง สองันในทางทฤษฎี สายตาเห็นว่ารอยแตกที่ป้องกันไม่ได้สร้างขึ้นได้โดยมีแรงเสียดทานและแรงเกาะเหนียวที่ไม่เพียงพอ ทำให้เกิดข้อบกพร่องซ่อนเร้นที่ผิดพลาดซึ่งโดยธรรมชาติจะล้มเหลวภายใต้การวนรอบความร้อน การสั่นสะเทือน และความเครียดทางกล การเชื่อมต่อแบบ press-fit จะนั่งได้ตามสเปคและให้แรงยึดเกาะทางกลที่ต้องการ หรือต้องเป็นข้อบกพร่อง ไม่มีทางกลาง

ฟิสิกส์ของข้อต่อถาวรที่กันก๊าซแน่นหนา

เพื่อเข้าใจว่าทำไมการลัดเลาะจึงล้มเหลว คุณต้องเคารพในความงามของการเชื่อมต่อ press-fit ที่ถูกต้อง ส่วน "compliant" ของหมุด press-fit คือสปริงแม่นยำ ขณะที่มันถูกกดเข้าไปในรูเจาะผ่านเคลือบที่มีขนาดถูกต้อง (PTH) ส่วนนี้จะบิดเบือนอย่างยืดหยุ่น สร้างแรงรัศมีที่ทรงพลังและต่อเนื่องต่อตัวของรูเจาะ

แรงคงที่นี้สร้างข้อต่อกันก๊าซแน่นหนา ที่หลายจุดสัมผัส แรงกดระหว่างหมุดและตัวของรูด้านทองแดงเคลือบหนาแน่นมากจนป้องกันออกซิเจนและสารกัดกร่อนอื่น ๆ จากการแทรกซึมเข้าสู่ interface การเชื่อมต่อนี้เป็นการเชื่อมต่อที่แข็งแรงและนำไฟฟ้าต่ำที่มั่นคงตลอดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ระบบทั้งหมดยึดโยงบนแรงสองประการสำคัญ: แรงกดเมื่อใส่หมุดเพื่อให้อยู่ในตำแหน่ง และแรงยึดเกาะที่รักษามันไว้ในที่ ทั้งสองเป็นผลโดยตรงจากการพอดีเบี่ยงเบนระหว่างหมุดและรู หากการเบี่ยงเบนถูกต้อง ระบบทั้งหมดจะไม่ล้มเหลว และจุดที่ล้มเหลวมักจะเป็นเดิม: รูเจาะผ่านเคลือบ

หัวใจที่ไม่ให้อภัยของระบบ: รูเจาะผ่านเคลือบ

ตัวแปรทุกอย่างในระบบ press-fit รวมเข้ากับรูเจาะผ่านเคลือบ ตัวเชื่อมต่อเป็นค่าที่รู้กันอย่างแน่นอน ผลิตขึ้นด้วยความแม่นยำสูง แต่รู PTH เป็นผลจากกระบวนการผลิตหลายแบบที่มีความแปรปรวนสูง โดยเฉพาะบนแผงวงจรหลังที่หนาแน่นด้วยทองแดงหลากหลายปริมาณ

ทำไม "ขนาดรูเสร็จสิ้น" จึงเป็นนามธรรมที่อันตราย

นักออกแบบมักระบุ 'ขนาดรูเสร็จสิ้น' พร้อมความคลาดเคลื่อนและสมมติว่างานเสร็จแล้ว ซึ่งเป็นความผิดพลาดสำคัญ ข้อนี้คือ ผลลัพธ์ ของรูที่เจาะไว้แล้วตามด้วยการชุบทองแดง บนบอร์ดหนา การสร้างชั้นทองแดงที่สม่ำเสมอในรูที่มีอัตราส่วนสูงเป็นเรื่องยากอย่างยิ่ง สารละลายชุบจะไหลเวียนได้น้อยลงที่กลาง ๆ มักทำให้เกิดรูทรงถังหรือรูปนาฬิกาทรายที่เส้นผ่านศูนย์กลางไม่สม่ำเสมอในแนว Z การตรวจสอบด้วยเกจวัดจุดสามารถผ่านได้ แต่พื้นที่สัมผัสและแรงรัศมีจริงจะแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งอาจทำให้การเชื่อมต่อผิดพลาด

บทบาทสำคัญของความหนาและความสม่ำเสมอของชุบ

สิ่งนี้นำไปสู่ปัจจัยที่บ่อยครั้งมักถูกมองข้ามในข้อกำหนดบอร์ด: ความหนาของการชุบทองแดงภายในรู ความหนาและความสม่ำเสมอของชุบส่งผลโดยตรงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางรูสุดท้าย พื้นผิวที่ได้ และความแข็งแรงเชิงโครงสร้างของถังที่ต้องทนต่อแรงใส่เข้าอย่างสูง การชุบที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งมักเกิดจากการกระจายทองแดงไม่สม่ำเสมอทั่วบอร์ด ก่อให้เกิดเส้นผ่านศูนย์กลางรูที่ไม่เสมอภาค ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของแรงใส่เข้าและแรงยึดที่ไม่สมดุล

ที่ PCBA Bester แนวทางของเราไปไกลกว่าข้อกำหนดทั่วไป เรากำหนดให้กระบวนการชุบถูกกำหนดและควบคุมเพื่อให้ได้รูที่ตรงตามตัวเลขแรงยึดที่ระบุไว้ในแผ่นข้อมูลของผู้ผลิตคอนเนคเตอร์ เราทำงานร่วมกับผู้ผลิตเพื่อยืนยันกระบวนการของพวกเขา ไม่เพียงแค่ในขนาดรู แต่ในด้านสมรรถภาพเชิงกลของการประกอบขั้นสุดท้าย ข้อกำหนดต้องสอดคล้องกับฟิสิกส์

กฎการออกแบบที่ไม่สามารถต่อรองได้เพื่อความน่าเชื่อถือของการจับยึด

ระบบการบีบอัดที่เชื่อถือได้เริ่มต้นบนผืนผ้าใบของนักออกแบบ การวางผัง PCB ต้องดำเนินการด้วยเป้าหมายที่ชัดเจนในการสร้างสภาพแวดล้อมที่เสถียรและสม่ำเสมอสหรับรูเจาะที่แทรกซึมผ่านทุกรู

การช่วยเหลือทางความร้อนเป็นศัตรูของความน่าเชื่อถือในการบีบอัด พวกมันสร้างโพรงในแผ่นทองแดงที่อนุญาตให้เส้นผ่านรูบิดงอและเสียรูปในระหว่างกระบวนการแทรกซึมด้วยแรงสูง ลดแรงรัศมีวิกฤตยิ่งขึ้น สิ่งสำคัญกว่านั้นคือ การหยุดชะงักเหล่านี้ทำให้การกระจายความร้อนในระหว่างการชุบแข็งไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการสะสมทองแดงที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งเราพยายามหลีกเลี่ยง พื้นที่รอบรูเจาะบีบอัดต้องเชื่อมต่อโดยตรงและแน่นหนากับแผ่นทองแดงทั้งหมด การใช้การหล่อทองแดงแบบแข็งในทุกชั้นเชื่อมต่อเป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งจะสร้างฐานที่แข็งแรงให้กับชาม PTH เพื่อให้แรงกดดันในการแทรกซึมทำให้ตัวหมุดที่ยืดหยุ่นเสียรูป ไม่ใช่แผ่นบอร์ดเอง พร้อมทั้งสนับสนุนความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าที่เสมอกันมากขึ้นในระหว่างการชุบแข็ง

การตรวจสอบยืนยัน ไม่ใช่ความคิดหวังลมๆ แล้งๆ

คุณไม่สามารถตรวจสอบคุณภาพของผลิตภัณฑ์ด้วยการมองเห็น กระบวนการบีบอัดที่เชื่อถือได้สร้างขึ้นบนการควบคุมและการตรวจสอบ ไม่ใช่การตรวจสอบด้วยสายตาและความหวัง เมื่อออกแบบเสร็จสิ้นแล้ว ควรมุ่งเน้นไปที่การรับประกันว่ากระบวนการประกอบจะได้ผลลัพธ์ตามที่วางแผนไว้เสมอ

การตรวจสอบแรงระหว่างกระบวนการ

ตัวชี้วัดที่ดีที่สุดของความสำเร็จของการเชื่อมต่อแบบบีบอัดคือโปรไฟล์แรงที่ใช้ในการแทรกซึม เครื่องมือบีบอัดควรตรวจสอบและบันทึกแรงที่จำเป็นในการนั่งของทุกขา ข้อมูลนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับขีดจำกัดที่ผู้ผลิตคอนเนคเตอร์กำหนดไว้ ให้ข้อมูลย้อนกลับว่าผ่าน/ไม่ผ่าน ขาไหนที่นั่งด้วยแรงน้อยเกินไปจะเป็นการหลวมและล้มเหลว ขาไหนที่ต้องใช้แรงมากเกินไปอาจจะทำให้ชาม PTH เสียหาย ข้อมูลนี้เป็นแนวป้องกันเบื้องต้นต่อความคลาดเคลื่อนของกระบวนการ

หลักฐานสุดยอด: การวิเคราะห์ชิ้นส่วนไมโคร

ในระหว่างการตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการและการตรวจสอบคุณภาพเป็นระยะ ไม่มีอะไรทดแทนการทดสอบแบบทำลายได้ ชิ้นส่วนไมโครของการเชื่อมต่อแบบบีบอัดเป็นการเปิดเผยความจริงอย่างสมบูรณ์ มันช่วยให้คุณเห็นภาพการเสียรูปของหมุดที่ยืดหยุ่น ความสมบูรณ์ของชาม PTH และคุณภาพของจุดสัมผัส มันเป็นหลักฐานสุดท้ายและปฏิเสธไม่ได้ว่าการออกแบบ วัสดุ และกระบวนการของคุณได้รวมกันเพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่แข็งแรงแน่นหนาและไม่รั่วซึม ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความน่าเชื่อถือในระยะยาว

จากสเปคสู่ความเป็นจริง: การเป็นหุ้นส่วนกับผู้ผลิตชิ้นส่วนของคุณ

ข้อกำหนดสำหรับระบบกดแน่นที่เชื่อถือได้อย่างแท้จริงนั้นเข้มงวดและต้องการพันธมิตรผู้ผลิต PCB ที่มีความสามารถด้านเทคนิคขั้นสูงและเข้าใจในกระบวนการเป็นอย่างดี การส่งภาพวาดที่มีความทนทานของรูอย่างเข้มงวดให้กับผู้จำหน่ายที่ราคาต่ำที่สุดเป็นสูตรสำหรับความล้มเหลว

ความสำเร็จต้องอาศัยความร่วมมือ มันเกี่ยวข้องกับการสื่อสารที่ชัดเจนไม่ใช่แค่ข้อกำหนดเท่านั้น แต่รวมถึง เจตนา เบื้องหลังพวกมัน นั่นคือการมีบทสนทนาเกี่ยวกับกระบวนการชุบโลหะ ความสามารถในการควบคุมความสม่ำเสมอบนรูที่มีอัตราส่วนสูง และวิธีการตรวจสอบ ผู้ร่วมมือที่มีความสามารถจะยินดีต้อนรับการมีส่วนร่วมทางเทคนิคนี้ ขณะที่ผู้ที่มีความสามารถน้อยกว่าจะปฏิเสธ นี่คือเหตุผลที่เรายืนยันที่จะจัดการเมนเฟรมนั้นอย่างมีประสิทธิภาพสำหรับลูกค้าของเรา — เพื่อให้แน่ใจว่าผู้ผลิตเข้าใจความเสี่ยงและมีการควบคุมกระบวนการเพื่อส่งมอบบอร์ดที่ตรงตาม ข้อกำหนดด้านกลไก ไม่ใช่แค่ด้านมิติ ความน่าเชื่อถือของ backplane ของคุณขึ้นอยู่กับมัน