กลไกของขอบสะอาด: คู่มือสู่ความน่าเชื่อถือของการตัดแต่งชิ้นงาน

ความแตกต่างระหว่างโมดูลที่ใช้งานได้และต้นแบบที่ถูกทิ้งบ่อยครั้งอยู่ที่ขอบจุลภาคของบอร์ด เมื่อมีการมาถึงของชุดแผ่นวงจรลูกสาว ขั้นตอนการตรวจสอบแรกไม่ควรเป็นการทดสอบความต่อเนื่อง แต่ควรเป็นการตรวจสอบด้วยแว่นขยาย 30 เท่า หากการเคลือบขอบดูเหมือนถูกกัดโดยสัตว์ที่ทื่อแล้ว บอร์ดนั้นได้ถูกทำลายไปแล้ว "burr" ในบริบทนี้ไม่ได้เป็นเพียงเรื่องเสริมสวย แต่มันคือความเสี่ยงโครงสร้าง — ชิ้นทองแดงขนาดเล็กที่ฉีกขาดจากแผ่นฐาน รอคอยที่จะเชื่อมต่อระหว่างแผ่นจุ่มหรือยกขึ้นทั้งหมดในระหว่างการ reflow

โหมดความล้มเหลวนี้แทบไม่เคยเกิดจาก "โชคร้าย" หรือ "ชุดแผ่นลามิเนตที่ไม่ดี" เกือบทั้งหมดแล้ว มันเป็นความผิดพลาดด้านเรขาคณิตและคำสั่ง นักออกแบบมักจะสมมุติว่าการวางสายไฟในเส้นรอบวงของบอร์ดในเครื่อง CAD ของพวกเขา — ไม่ว่าจะเป็น Altium, KiCad หรือ Eagle — เพียงพอที่จะสร้างการขึ้นรูป การแสดงบนหน้าจอ CAD นั้นเป็นวงรีครึ่งสมบูรณ์ แต่ข้อเท็จจริงบนพื้นโรงงานคือ บิตหมุนความเร็วสูงของเครื่องมือโลหะกล้าหาญที่ใช้ในการตัด มีการออกแรงบิดอย่างมากบนแผ่นทองแดงบางๆ ที่ยึดติดกับเส้นใยไฟเบอร์กลาส หากทองแดงนั้นไม่ได้รับการยึดทางกล หรือหากบิตเครื่องตัดเข้าไปในมุมผิด การเคลือบจะฉีกขาด

การฉีกขาดนี้ทำให้เกิดการเชื่อมต่อของตะเข็บเมื่อประกอบ หากขอบเป็นหยาบ สารละลายทองไม่สามารถเดินทางได้อย่างง่ายดายเพื่อเชื่อมต่อแผ่นจุ่มที่อยู่ติดกันที่ตั้งใจให้แยกออกจากกัน การแก้ไขการตัดแบบกลไกจะช่วยแก้ปัญหาไฟฟ้าลัดวงจร

ฟิสิกส์ของน้ำตา

เพื่อออกแบบการขึ้นรูปที่แข็งแรง คุณต้องจินตนาการเส้นทางเครื่องมือ บิตเครื่องตัด PCB มาตรฐาน — ซึ่งมักมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.0mm หรือ 2.4mm — หมุนด้วยความเร็วประมาณ 40,000 รอบต่อนาที เมื่อเคลื่อนที่ไปตามขอบแผงเพื่อแยกบอร์ด อุปกรณ์จะกลึงผ่านระเบียบปนเปื้อนของอีพ็อกซี่ ใยแก้ว และทองแดง ทิศทางของการหมุนสำคัญมาก

หากบิตเครื่องตัดหมุนตามเข็มนาฬิกา และเส้นทางเครื่องมือเคลื่อนไปในแบบที่ขอบมีดแตะกับเขตแผ่นลามิเนต ก่อนหน้านี้ ทองแดง แผ่นรองรับสนับสนุนฟอยล์ไว้ ตัวตัดจะตัดผ่านทองแดงต่อสู้กับผนังแข็งของ FR-4 แต่ถ้าทางเคลื่อนไปในทางกลับกัน หรือถ้าบิตเข้าไปในรูขึ้นรูปจากด้านในของรูและดันออกด้านนอก จะไม่มีการสนับสนุนหลังการเคลือบ ตัวตัดจะเกี่ยวขอบและดึงออก เนื่องจากแรงบิดของการหมุนบนทองแดงฟอยล์ต่อ FR-4 นั้นมีขีด จำกัด (โดยทั่วไปประมาณ 1.4 N/mm สำหรับวัสดุมาตรฐาน) แรงบิดที่หมุนอย่างง่ายดายเกินค่าความแข็งแรงของการเชื่อมต่อ ผลลัพธ์คือแผ่นจุ่มที่ยกขึ้นสู่อากาศ หรือ burr ถูกบีบอัดเข้าไปในข้างของบอร์ด

การจัดการพิเศษนี้เป็นเหตุผลให้โรงงานผลิตคิดค่าบริการ "ค่าขึ้นรูป" พวกเขาไม่ได้โกงเพียงเพื่อผลกำไร แต่พวกเขามักจะรันคำสั่ง CNC แยกต่างหาก แทนที่จะเป็นการตัดโปรไฟล์มาตรฐานอย่างต่อเนื่อง พวกเขาต้องใช้งดับ "พุ่งเข้าไปตัด" หรือกลยุทธ์เข้าออกเฉพาะสำหรับรูทุกแห่งเพื่อให้แน่ใจว่าบิตจะดันทองแดงเสมอ เข้า บนบอร์ด ไม่ใช่ออกจากมัน หากคำพูดกลับมWithout that surcharge, be suspicious. มันมักหมายความว่าพวกเขาตั้งใจจะทำการทดสอบโปรไฟล์มาตรฐาน และผลลัพธ์จะเป็นสิ่งที่ยุ่งเหยิง

ความจำเป็นของเครื่องหมายหลัก

การพึ่งพาการเชื่อมโยงทางเคมีของแผ่นทองแดงเพียงอย่างเดียวเป็นการเดิมพันที่วิศวกรมืออาชีพไม่ควรเสี่ยง ชั้นกาวระหว่างทองแดงกับฉนวนเป็นจุดอ่อนที่สุดในโมเดล เพื่อป้องกันแพดยกขึ้น ควรออกแบบให้มีการล็อคทางกล — เช่น การใช้ anchor

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดใช้โครงสร้างแนวตั้งของ PCB เอง แผ่น castellated ไม่ควรเป็นเพียงทองแดงบนสุดและล่างเท่านั้น ควรเชื่อมต่อกันด้วย vias ที่กำหนด โดยวาง vias ขนาดเล็ก (0.3mm เป็นขนาดเจาะกลไกมาตรฐาน) ใกล้ขอบในของแพด — ซึ่งเป็น “ด้านหลัง” ของบรรทัดตัด — ชั้นบนและล่างถูกยึดติดกันผ่านแกนกลาง แม้เครื่องกัดจะออกแรงมากพอที่จะทำให้ขอบของแพดแยกออก ลักษณะการฉีกขาดก็ไม่สามารถแพร่ลามผ่าน vias ยึดเสถียรภาพทองแดงกับโครงสร้างภายในอย่างแข็งแรง

vias ยึดนี้มีบทบาทสองด้าน ระหว่างการ reflow รองลง—เมื่อโมดูลถูกบัดกรีบนแผงหลัก ความร้อนบนขอบแพดมีความรุนแรง ถ้าไม่มี anchors การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกันอาจทำให้แพดยกหรือลอก โดยเฉพาะกรณีที่พยายามซ่อมแบบมือ การใช้ vias ยึดเป็นทั้งฉนวนกันความร้อนและ rivet หากแพดยกขึ้น ไม่มีการซ่อมแซม; โมดูลนั้นเป็นเศษเศรษฐกิจ

การตกแต่งพื้นผิวเป็นตัวแปรความเรียบเนียน

รูปร่างของรอยตัดเป็นครึ่งหนึ่งของความสำเร็จ; ความสูงของแพดเป็นอีกหนึ่งเรื่อง เมื่อวางโมดูลบนบอร์ดพาหนะ ต้องวางให้เรียบสนิท เนื้อเป็นแนวเดียวกัน การเบี่ยงเบนใดๆ จะทำให้โมดูลกลายเป็นตุ่มทับซ้อนกัน เป็นการเปิดรอยต่อที่ด้านหนึ่งและครีบเก็บสิ่งของอีกด้านหนึ่ง

การปรับระดับบัดกรีด้วยลมร้อน (HASL) เองไม่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับขอบcastellated กระบวนการ HASL เกี่ยวข้องกับการจุ่มบอร์ดในบัดกรีที่เหลวและเป่าออกด้วยใบมีดลมร้อน สำหรับรูครึ่งหนึ่ง จะทิ้งตุ่มบัดกรีที่นูนและไม่สม่ำเสมอบนขอบ ตอนเครื่องกัดมากัดลึกในภายหลัง จะทำให้แบ่งเป็นชิ้นและแตกต่างจากทองแดงที่แข็งกว่า สิ่งสำคัญคือมันสร้างพื้นผิวที่ไม่เรียบ

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) เป็นมาตรฐานบังคับสำหรับการใช้งานนี้ ชั้นกันรอยชูเกตนิกให้ผิวที่แข็งแรงกว่าบัดกรีนิ่ม และการชุบด้วยทองคำแบบ immersion รับประกันพื้นผิวที่เรียบและสอดคล้องกันสำหรับกระบวนการ SMT ถึงแม้ว่า HASL จะถูกกว่าอัตราการปฏิเสธเนื่องจากความไม่เรียบและการเปรอะเปื้อนของเครื่องกัดจะช่วยให้ประหยัดขึ้นทันที

การสื่อสารเจตนา: คุกกี้ไฟร์วอลล์โน้ต

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดในการออกแบบ castellation คื อความเงียบท่ามกลางไฟล์ Gerber ที่มีรอยตัดผ่านแนวของรูเชื่อมต่อเคลือบ แต่ไม่ระบุรายละเอียดในหมายเหตุการผลิต วิศวกร CAM ที่โรงงานต้องเดา ในโรงงาน Tier 1 ที่ปริมาณสูงอัตโนมัติอาจมีสคริปต์เตือน; ในโรงงานต้นแบบที่เน้นความเร่งด่วน ผู้ปฏิบัติงานอาจคิดว่านี่เป็นความผิดพลาดหรือร้ายแรงกว่านั้นคือการใช้โปรไฟล์มาตรฐานตามปกติ

บันทึกเฉพาะบนชั้นการผลิตเป็นเกราะกันไฟฟ้านี้เท่านั้น ซึ่งต้องชัดเจน บันทึกมาตรฐานอาจอ่านว่า: “การเคลือบขอบ (castellations) บน J1 และ J2 ผู้ขายใช้เส้นทางเข้า/ออกของเครื่องกัดที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการบิ่นและการยกของทองแดง ต้องปฏิบัติตามเกณฑ์คุณภาพของ IPC-6012 คลาส 3 สำหรับเงื่อนไขการเคลือบขอบ” นี่บังคับให้วิศวกร CAM ต้องรับรู้ถึงคุณสมบัตินี้ ซึ่งเปลี่ยนความรับผิดชอบจากความผิดพลาดของนักออกแบบเป็นกระบวนการผลิตของผู้ผลิต

castellation แบบ “Cheater”

มีความเชื่อผิดๆ ที่แพร่หลาย โดยมักในวงการช่างมือสมัครเล่นว่า สามารถสร้าง castellation ได้ง่ายๆ โดยวาง vias เป็นแถวบนแนวของบอร์ดและไม่แจ้งข้อมูลนี้ต่อโรงงานเพื่อหลีกเลี่ยงค่าบริการพิเศษ นี่คือแนวทาง “โกง” ที่ไม่สมเหตุสมผลทางกล

เมื่อ path ของเครื่องกัดมาตรฐานตัดผ่าน vias มาตรฐานโดยไม่มีการพิจารณาเข้า/ออกพิเศษ ผนังการชุบจะล้มเหลวเกือบแน่นอนหรือฉีกขาด ความสมบูรณ์ของโพรไฟล์ของรูเจาะขึ้นอยู่กับความต่อเนื่องเป็นทรงกระบอก หากคุณตัดทรงกระบอกนี้เป็นสองส่วนโดยไม่ระมัดระวัง ครึ่งหนึ่งจะสูญเสียความแข็งแรงของแหวน โดยไม่มีขั้นตอนกระบวนการเฉพาะเพื่อสนับสนุนผนังที่เหลือ ‘castellation’ ของ ‘cheater’ จึงกลายเป็นขอบที่เปราะและแหลมคม ซึ่งอาจไม่สามารถบัดกรีได้ นี่คือการประหยัดเท็จ

ฮาร์ดแวร์ที่เชื่อถือได้ไม่ได้หวังให้เครื่อง ignores ฟิสิกส์ มันอยู่รอดโดยการออกแบบ ยึดแผ่นรอง, ระบุเสร็จสิ้น, และเขียนโน้ต บิทเราท์เตอร์ไม่สนใจเส้นตายของคุณ, แต่จะเคารพเรขาคณิตของคุณ