As causas principais de fissuras em componentes decorrem do estresse mecânico ou térmico: durante a fabricação, montagem ou operação, quando o estresse excede a resistência mecânica do material (geralmente cerâmica, silício ou encapsulamento plástico). Este é um problema típico de confiabilidade do processo.
A principal razão é a "concentração de estresse", e as causas específicas podem ser categorizadas da seguinte forma:
I. Rachaduras causadas por estresse térmico (uma das causas mais comuns)
1. Choque térmico na soldagem por refluxo
● Causa: Descompasso nos coeficientes de expansão térmica entre os componentes e as juntas de solda, ou entre o componente e o substrato da placa de circuito impresso. Durante o rápido processo de aquecimento e resfriamento da soldagem por refluxo, a contração/expansão das diferentes partes é inconsistente, gerando forças de cisalhamento internas.
● Características típicas: As fissuras geralmente se originam na junção da solda com os componentes ou no centro da base dos componentes. São comuns em MLCCs (capacitores cerâmicos multicamadas), resistores de filme espesso e componentes de encapsulamento cerâmico de grandes dimensões.
2. Superaquecimento secundário durante a soldagem por onda
● Causa: Em placas de circuito impresso que passaram por montagem SMT, os componentes expostos à solda de alta temperatura por um período prolongado durante a soldagem por onda levam ao acúmulo de tensão térmica.
● Características típicas: Ocorre em placas de circuito impresso (PCBs) quando são necessários processos de montagem mistos; os componentes trincados são frequentemente montados por SMT, localizados na superfície (parte inferior) para soldagem por onda.
3. Operações de retrabalho inadequadas
● Causa: O aquecimento localizado em alta temperatura (pistola de ar quente) e o resfriamento rápido criam um grande gradiente térmico local.
● Características típicas: Ocorre fissuração aleatória em componentes ao redor da área de retrabalho.
II. Rachaduras causadas por tensão mecânica
1. Tensão de Separação
● Causa: A tensão de flexão ou vibração gerada durante o corte mecânico (corte em V ou outro separador) ou a divisão manual pode ser transferida diretamente para componentes frágeis.
Características típicas: Os componentes trincados estão próximos da borda da placa de circuito impresso ou do sulco em V. Os MLCCs são particularmente vulneráveis.
2. Dobramento ou deformação da placa de circuito impresso
● Processo de montagem: Aperto excessivo dos parafusos, curvatura da placa durante a instalação no dispositivo e forças de inserção/extração do conector causando deformação da placa.
● Problemas de projeto: Resistência insuficiente da placa de circuito impresso, causando curvatura sob seu próprio peso ou forças externas.
● Características típicas: Podem surgir fissuras em componentes grandes próximos ao centro da placa de circuito impresso ou em pontos fixos.
3. Sondas de teste ou impactos externos
● Causas: Pressão excessiva aplicada pelas sondas durante testes em circuito ou testes funcionais; quedas ou colisões durante o manuseio na produção.
● Características típicas: Danos localizados, possivelmente com pontos de impacto externos visíveis.
III. Problemas de compatibilidade entre o projeto de componentes e o projeto de processos
1. Design inadequado do absorvente
● Causas: Pads muito grandes ou muito pequenos resultam em uma forma inadequada da junta de solda após a refusão, criando tensão adicional de tração ou compressão nos componentes.
● Características típicas: Uma extremidade do componente é puxada para cima (efeito lápide) ou a parte inferior é excessivamente comprimida.
2. Seleção de componentes e questões de layout
● Causa: MLCCs de tamanho excessivo (por exemplo, 1210 e maiores) ou componentes encapsulados em cerâmica foram usados em áreas sensíveis à tensão (por exemplo, perto das bordas da placa, furos de parafusos, dobras).
● Características típicas: Problemas em lotes com as mesmas especificações em locais específicos.
3. Problemas com aberturas de estêncil e quantidade de solda
● Causa: Excesso de pasta de solda, resultando em juntas de solda excessivamente altas após a refusão, causando tensão ao "levantar" os componentes durante o resfriamento e a solidificação.
● Características típicas: Os componentes estão levantados e há excesso de solda visível na parte inferior.
IV. Defeitos de Material e Internos
1. Microfissuras no próprio componente
● Causa: Microfissuras internas existiam nos componentes durante a produção (por exemplo, durante a fabricação de MLCCs), e essas fissuras se propagaram sob tensão subsequente.
● Características típicas: A falha é aleatória; o defeito original pode ser detectado por meio de análise de raios X ou de seção transversal.
2. Rachaduras no dispositivo após absorção de umidade
● Causa: Quando dispositivos encapsulados em plástico (como circuitos integrados) absorvem umidade, a umidade interna vaporiza e se expande sob as altas temperaturas da soldagem por refluxo, criando um efeito "pipoca".
● Características típicas: A embalagem plástica incha e racha, o que geralmente ocorre em dispositivos que não foram devidamente esterilizados após serem armazenados em condições de umidade.
Resolução de problemas e soluções:
Quando ocorrerem fissuras, recomenda-se seguir estes passos para análise:
1. Análise de localização: Confirme o padrão de localização dos dispositivos trincados (se estão próximos à borda da placa de circuito impresso ou em pontos de tensão) e o padrão de tipo (se são todos MLCCs de grande porte ou do mesmo tipo de dispositivo).
2. Observação morfológica: Utilize um microscópio óptico, raio-X e análise de seção transversal para observar a origem e o caminho da trinca, determinando se ela é do tipo tensão térmica (da extremidade da solda para o interior) ou do tipo tensão mecânica (fratura lateral).
3. Retrospecção do Processo: Verificar o processo de separação dos painéis, o perfil de soldagem por refluxo (especialmente a taxa de aumento/diminuição da temperatura), os registros de retrabalho e os dispositivos de teste. 4. Inspeção de Projeto e Materiais: Revisar o layout da placa de circuito impresso e o projeto das ilhas de solda, confirmar os requisitos de resistência mecânica das especificações dos componentes e realizar testes de estresse por amostragem nos componentes recebidos, quando necessário.
Prevenir é melhor do que remediar.
Principais abordagens: otimização do layout da placa de circuito impresso (PCB), aprimoramento dos processos de separação dos painéis (preferencialmente utilizando fresas), controle dos perfis de temperatura de soldagem por refluxo, realização de simulação de tensão em componentes sensíveis e prevenção de curvatura da PCB durante a montagem.
Ao se deparar com os problemas complexos de fissuras em componentes, considere a seguinte análise de falhas e métodos de detecção para localizar rapidamente a causa raiz:
1. Inspeção não destrutiva: Utilize raios X 3D para inspecionar rachaduras internas, vazios e condições de soldagem para localizar defeitos.
2. Análise morfológica e de composição: Observe a morfologia microscópica das fissuras utilizando microscópios ópticos e MEV/EDS, analise a composição da fratura e determine o modo de falha (fratura frágil/dúctil).
3. Análise da seção transversal: Através do seccionamento de precisão (CP) e coloração, expõe-se a origem precisa e o caminho de propagação das fissuras, o que é um meio fundamental para distinguir entre tensão térmica e tensão mecânica.
4. Avaliação de Processos e Materiais: Medir a espessura da camada intermetálica (IMC) da junta de solda, analisar a deformação da placa de circuito impresso (PCB), avaliar as propriedades dos materiais dos componentes e fornecer sugestões de melhoria baseadas em dados.
5. Testes e Verificação de Confiabilidade: Projetar testes de ciclo térmico, choque mecânico e flexão em três pontos para reproduzir falhas e verificar a eficácia das medidas de melhoria.
A Benlida fabrica PCBs e monta PCBA há mais de uma década. Seguindo rigorosamente os processos e com supervisão constante, minimizamos os riscos de trincas nos componentes durante a montagem e distribuímos as tensões de forma equilibrada. Se você busca um fornecedor de PCBs e PCBA, entre em contato com a Benlida para saber mais!
Sobre o autor:
Sonic Yang
Como uma das principais empresas de Eletrônica e Automação Mecânica, a Sonic atua no projeto de PCBs, P&D e fabricação de eletrônicos há cerca de 22 anos, com um diretor de engenharia que coordena a cadeia de suprimentos (componentes e peças CNC), fornecendo suporte profissional e consultoria para clientes globais.
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