เขื่อนกันการบังของแผงต้านการบัดกรีเป็นสิ่งเดียวที่หยุดการเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วนที่ละเอียดอ่อน

เสียงที่แพงที่สุดในกระบวนการผลิตอิเล็กทรอนิกส์คือความเงียบของบอร์ดที่ควรจะบูต เมื่อคุณนำบอร์ดที่ไม่ทำงานนั้นมาใส่ใกล้กล้องจุลทรรศน์ คาดหวังว่าจะได้เห็นตัวเก็บประจุระเบิดหรือไดโอดที่ย้อนกลับ คุณมักจะพบสิ่งที่ดูถูกเหยียดหยามมากกว่านั้น: สะพานประกอบเล็กๆ ของซอลเดอร์เชื่อมต่อปลายสองขั้วบนคอนเน็กเตอร์ที่มีระยะ 0.4 มม. ความบกพร่องในการผลิต $2 เพิ่งทำให้การประกอบ $500 ถูกทิ้ง

นักออกแบบส่วนใหญ่จะตำหนิบ้านประกอบทันที พวกเขาคิดว่ารูเปิดเทมเพลตกว้างเกินไปหรือโปรไฟล์ reflow ร้อนเกินไป แต่โดยปกติแล้ว ความล้มเหลวนี้ถูกซ่อนอยู่ในขั้นตอนการออกแบบ เมื่อมีการตัดสินใจที่จะไม่สนใจความเป็นจริงทางกายภาพของซอลเดอร์ของเหลว หากไม่มีสิ่งกีดขวางทางกายภาพระหว่างแป้นพิมพ์ ซอลเดอร์จะพยายามเชื่อมต่อกัน นี่เป็นกฎหมายฟิสิกส์ที่เข้มงวดและบังคับใช้

ฟิสิกส์ของสะพาน

เมื่อซอลเดอร์เพสต์ละลายในเตา reflow มันจะหยุดเป็นเพสต์หยาบและกลายเป็นของเหลวที่มีแรงตึงผิวสูง มันต้องการลดพื้นที่ผิวของมัน เป็นที่น่าพอใจที่มันจะเปียกชื้นกับแผ่นฐานและปลายอุปกรณ์ รังสรรค์ฟิลเล็ตที่เหมาะสม แต่ในอุปกรณ์ที่มีระยะไม่เกิน 0.5 มม. แผ่นฐานมีความเสี่ยงสูง หากไม่มีรั้วป้องกันซอลเดอร์ (ซึ่งเป็นเส้นบางของฉนวนระหว่างแผ่นฐาน) ไม่มีสิ่งใดหยุดของเหลวที่เป็นของเหลวร้อนจากการเข้าถึงเพื่อนบ้านของมัน

นักวิศวกรบางคนพยายามแก้ไขโดยการ "ลดการแสดงจุดเชื่อมต่อ" — ลดขนาดรูเทมเพลตเพื่อวางเพสต์น้อยลง เป็นวิธีชั่วคราวที่ใช้บ่อยในฟอรั่มเมื่อใครบางคนพยายามช่วยชีวิตการออกแบบที่ไม่ดี ในขณะที่ลดปริมาณเพสต์อาจลดความน่าจะเป็นของสะพาน มันไม่ได้กำจัดกลไกของความล้มเหลว หากคุณมี BGA หรือ QFN ที่มีระยะ 0.4 มม. และพึ่งพาความตึงผิวหน้าผิวเพื่อรักษาซอลเดอร์ให้อยู่ในตำแหน่ง คุณกำลังเสี่ยง การปรับตำแหน่งเล็กน้อย สั่นสะเทือนในเตา หรือความแตกต่างเล็กน้อยในกิจกรรมฟลักซ์ จะทำให้ซอลเดอร์ไหลข้ามช่องว่าง สิ่งเดียวที่หยุดกลไกนี้ได้อย่างเชื่อถือได้คือผนังกายภาพ: รั้วซอลเดอร์

เรขาคณิตของ Sliver

ปัญหาคือคุณไม่สามารถวาดรั้วแล้วคาดหวังว่าจะมีอยู่จริงได้ รั้วซอลเดอร์เป็นวัสดุทางกายภาพ — โดยปกติเป็นอีพ็อกซี่ Liquid Photoimageable (LPI) — ที่ต้องพิมพ์ ต้านทานการแข็งตัว และพัฒนา เช่นเดียวกับวัสดุใด ๆ มันมีจุดแตกหัก ถ้าคุณออกแบบชิ้นส่วนของรั้วที่บางเกินไป มันจะไม่สามารถติดกับฐาน FR4 ได้ มันจะลอกในระหว่างการผลิต ลอยอยู่ในถังพัฒนา หรือ ที่แย่กว่านั้นคือหลุดในภายหลังเพื่อปนเปื้อนในการประกอบ

นี่คือที่มาของข้อผิดพลาด "วงแหวนสีชมพู" หรือ "วงแหวนสีม่วง" ในเครื่องมือ CAD ของคุณ เมื่อการตรวจสอบกฎดีไซน์ (DRC) ของคุณติดป้ายว่าเป็นการละเมิด "นิลของรั้ว" มันไม่ได้ตั้งใจจะรบกวนคุณ แต่เป็นการบอกว่าพลวัตทางเรขาคณิตที่คุณขอไม่สามารถสร้างได้ด้วยกระบวนการเคมีมาตรฐาน

กระบวนการผลิตมาตรฐานมักต้องการรั้วรอยต่อของรั้วไม่น้อยกว่า 4 มิลลิ (ประมาณ 0.1 มม.) เพื่อรับรองการยึดติด อาจมีโรงงาน "HDI" ขั้นสูงที่ลดลงได้ถึง 3 มิลลิ แต่ดูคณิตศาสตร์สำหรับชิ้นส่วนที่มีระยะ 0.4 มม. ถ้าแผ่นฐานกว้าง 0.25 มม. ช่องว่างระหว่างกันคือ 0.15 มม. (ประมาณ 6 มิลลิ) ถ้าคุณต้องการรั้ว 4 มิลลิ และต้องคำนึงถึงการขยายตัวของรั้ว (ความทนทานในการลงทะเบียน) เพื่อให้รั้วไม่เคลื่อนที่ไปบนแผ่นฐาน คุณก็หมดพื้นที่ในการป้องกัน

กับดักเรขาคณิตนี้จะแย่ลงอย่างมีนัยสำคัญถ้าคุณให้ความสำคัญกับความงาม เราเห็นการออกแบบที่เคสเปิดอยู่ ทำให้นักออกแบบอุตสาหกรรมเรียกร้อง "รั้วซิลิโคนดำด้าน" เพื่อดู "พรีเมี่ยม" เม masking สีดำด้านมักจะอ่อนกว่และต้องการการประมวลผลทางเคมีที่แตกต่างจากสีเขียวมาตรฐาน พวกเขาทนความร้อนได้แตกต่างกันและมักมีการยึดเกาะที่แย่กว่าในลักษณะเฉพาะ A รั้วที่ยึดได้ดีในสีเขียวมันวาวอาจจะลอกในสีดำด้าน เราเคยเห็นชุดการผลิตทั้ง 5,000 ชิ้นที่ประสบความล้มเหลว 35% เนื่องจากรั้วสีดำที่ดูเท่ไม่สามารถยึดขอบ 3-mil ระหว่างปลายต่อสายไฟได้ ฟิสิกส์ไม่สนใจว่าบอร์ดของคุณดูดีแค่ไหน

กับดักเรียกคืนแก๊ง

เมื่อเรขาคณิตแคบเกินไป — สมมติบน BGA ที่มีระยะ 0.35 มม. หรือ footprint QFN ที่ออกแบบไม่ดี — โรงงานผลิตจะส่งคำถามทางวิศวกรรม (EQ) ให้คุณ พวกเขาจะชี้ให้เห็นว่าพวกเขาไม่สามารถพิมพ์รั้วระหว่างแผ่นฐานได้ วิธีแก้ไขที่เสนอเกือบจะเป็น "Gang Relief" (หรือ "Gang Masking")

ความช่วยเหลือกลุ่มหมายความว่าพวกเขาเพียงแค่เอาแผ่นมาสก์ออกทั้งหมด ทำให้เป็นช่องเปิดใหญ่รอบแถวของขั้วต่อ ซึ่งเป็นการตอบสนองข้อจำกัดด้านการผลิต: ไม่มีเศษมาสก์บางๆให้แกะออก แต่ก็เสี่ยงต่อความเสี่ยงในการประกอบที่วิกฤติ

โดยไม่มีอ่างกั้น คุณได้สร้างทางหลวงสำหรับบัดกรี ในชุดแพ็คเกจ QFN (Quad Flat No-lead) บัดกรีสามารถซึมตามด้านล่างของแพ็คเกจระหว่างขั้วต่อได้ สะพานประเภทนี้เป็นอันตรายเพราะมักซ่อนอยู่ใต้ตัวอุปกรณ์ ซึ่งมองไม่เห็นด้วยการตรวจสอบ AOI (Automated Optical Inspection) แบบมาตรฐาน คุณอาจพบมันได้เฉพาะเมื่อบอร์ดล้มเหลวในการทดสอบหน้าที่ หรือที่แย่กว่านั้น เมื่อการตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์เผยให้เห็นความลัดวงจร

ยังมีค่าใช้จ่ายด้านความน่าเชื่อถือระยะยาวอีกด้วย แผ่นมาสก์บัดกรีไม่เพียงแต่หยุดสะพานเท่านั้น มันยังเป็นฉนวนกันความร้อน ทองแดง หากคุณปล่อยให้การปลดล็อกกลุ่มเชื่อมต่อที่ละเอียดอ่อน เปิดเผย FR4 ทิ้งไว้ระหว่างขั้วต่อที่ให้พลังงาน ในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง หรือถ้าตัวอุปกรณ์ไม่ได้รับการทำความสะอาดคราบฟลักซ์อย่างสมบูรณ์ ช่องว่างนั้นกลายเป็นที่สำหรับการเจริญของ dendrites เราเคยเห็นการเรียกคืนทางการแพทย์ที่ไม่ใช่จากความล้มเหลวทันที แต่เป็น dendrites ที่เติบโตข้ามช่องว่างที่ปลดล็อกกลุ่มหลังจากผ่านไปหกเดือนในสนาม เรือนป้องกันเป็นฉนวน การลบมันคือการยอมรับความล้มเหลว

นิยาย“ความสามารถมาตรฐาน”

แล้วทำไมโรงงานผลิตถึงเน้นปล่อยปละละเลยกลุ่ม? เพราะมันปกป้องผลผลิตของพวกเขา ไม่ใช่ของคุณ หากพวกเขาพยายามพิมพ์อ่างกั้น 2.5 mil และมันแกะออก พวกเขาต้องทิบบอร์ดเปล่า หากปล่อยให้กลุ่มปล่อยบอร์ดเปล่า ผลสอบไฟฟ้าของพวกเขาจะผ่านอย่างสมบูรณ์แบบ (เพราะแผ่นรองรับไม่ได้ถูกเชื่อมข้ามกัน) แต่). สะพานเชื่อมเกิดขึ้นที่โรงประกอบของคุณ ซึ่งไม่ใช่ปัญหาของโรงผลิตบอร์ดเปล่าอีกต่อไป

คุณต้องเข้าใจว่าเอกสารข้อมูลของโรงงานผลิตบอร์ดมักเป็นนิยายทางการตลาด เมื่อโรงงานนอกชายฝั่งงบประมาณหนึ่ง รายการ "อ่างกั้นมาสก์ 3 mil" เป็นหมายเลขที่พวกเขาสามารถทำได้บนเครื่องจักรที่ปรับเทียบอย่างสมบูรณ์ด้วยเคมีใหม่ในวันที่ดี มันไม่ใช่ความสามารถตามกระบวนการ Cpk > 1.33 ของพวกเขา หากคุณส่งการออกแบบที่มีอ่างกั้น 3 mil ไปยังบริการสาธารณะ "มาตรฐาน" พวกเขามักจะลบอ่างออกโดยอัตโนมัติด้วยสคริปต์ CAM หากพวกเขารู้สึกว่าทำไม่ได้ คุณจะไม่รู้จนกว่าบอร์ดจะมาถึงและอ่างกั้นจะหายไป

ทางออกมักเกี่ยวข้องกับเงิน กระบวนการ LPI มาตรฐานใช้ภาพยนตร์และแสงอัลตราไวโอเลต ซึ่งมีข้อจำกัดในเรื่องของการจัดแนวและการแตกแยก เพื่อมีความน่าเชื่อถือในการรักษาเศษมาสก์บนชิ้นส่วนความละเอียด 0.4mm คุณมักต้องใช้ LDI (Laser Direct Imaging) ซึ่งข้ามภาพยนตร์และใช้เลเซอร์ปรับปรุงแผ่นมาสก์โดยตรงบนบอร์ด มันมีความแม่นยำสูงกว่าและสามารถรักษาอ่างกั้นที่แน่นหนาได้ มันยังมีราคาที่แพงกว่า เมื่อคุณพูดคุยกับผู้จัดซื้อที่ต้องการย้ายบอร์ดไปยังผู้ขายที่ถูกกว่าจากความต้องการประหยัด $0.40 ต่อยูนิต คุณต้องคำนวณต้นทุนของเศษซาก ประหยัด $200 บนการผลิต PCB เป็นชัยชนะที่ว่างเปล่าหากคุณสูญเสีย $4,000 ในซิลิคอนและเวลาช่างเทคนิคในการทำซ้ำสะพานบน 100 แผ่นแรก

กลยุทธ์การออกแบบเชิงรับ

การตั้งค่าที่อันตรายที่สุดในเครื่องมือ CAD ของคุณคือกติกา "การขยายแผ่นมาสก์" ทั่วโลก วิศวกรระดับจูเนียร์มักตั้งค่านี้เป็น 4 mils อย่างปลอดภัยในระดับโลก บนตัวต้านทาน 0805 ขนาดใหญ่ ก็ไม่มีปัญหา บนชิ้นส่วนความละเอียด 0.4mm กฎระดับโลกนี้จะซ้อนทับช่องเปิดมาสก์และลบอ่างกั้นของคุณโดยที่คุณไม่ทันสังเกต

คุณต้องใช้กฎท้องถิ่น ชิ้นส่วนความละเอียดสูงต้องการการตั้งค่าการขยายมาสก์ของตนเองซึ่งมักจะถูกปรับให้แน่นขึ้นเป็น 2 mils หรือตามสัดส่วน 1:1 (ไม่มีการขยาย) ถ้าความสามารถของโรงงานสนับสนุน คุณต้องบีบให้รูปทรงอนุญาตให้อ่างกั้น 3 หรือ 4 mil

แต่การป้องกันที่สุดท้ายเกิดขึ้นหลังจากการออกแบบเสร็จ เมื่อคุณสร้าง Gerbers ของคุณ อย่าไว้วางใจตัวแสดงผล 3D เปิดไฟล์ GTS (Top Solder Mask) แบบดิบ ซูมเข้าไปที่ชิ้นส่วนที่แน่นที่สุดของคุณ วัดช่องว่างเชิงกายภาพระหว่างช่องเปิดมาสก์ หากตัวเลขนั้นน้อยกว่า 3 mils (ประมาณ 0.075mm) คุณอยู่ในโซนอันตราย

ถ้าคุณเห็นว่าเป็นโซนอันตราย คุณมีสองทางเลือก: เปลี่ยนไปใช้โรงงานที่มีความสามารถ LDI ที่ได้รับการยืนยัน ซึ่งสามารถรักษาเศษนั้นไว้ หรือเปลี่ยนตำแหน่งของชิ้นส่วน อย่าให้โรงงานลบอ่างกั้น อย่าให้พวกเขาชักจูงคุณให้ทำกลุ่มปล่อยบนขั้วต่อ ยกเว้นคุณพร้อมรับความเสียหายของผลผลิต ถ้าโรงงานบอกว่า "เราไม่สามารถพิมพ์สิ่งนี้ได้" เชื่อพวกเขา แต่ก็อย่าให้พวกเขาทำให้มันเสียหายโดยการลบการปกป้อง ออกแบบใหม่ หรือเปลี่ยนโรงงาน ไม่มีอ่างกั้น ก็ไม่มีการสร้าง