Professionisti nel settore dei settore dei circuiti stampati (PCB) conoscono fin troppo bene i difetti di saldatura più comuni, come il "tombstoning" e l'"head-in-pillow". Questi difetti comportano rischi significativi per le prestazioni sia dei componenti interessati che delle schede stesse.
Nelle mie conversazioni con i clienti, ho notato che la terminologia relativa a questi tipi di difetti viene spesso fraintesa. Spesso le persone raggruppano entrambi in un’unica categoria generale. Mi è persino capitato di sentire clienti riferirsi a "testa nel cuscino" come "tombstoning". Ciò crea confusione perché questi difetti hanno cause diverse e raccomandazioni di risoluzione dei problemi distinte.
Entrambi i difetti comportano una mancanza di contatto e di saldatura tra due superfici del componente, il che porta a questa errata interpretazione. Questo articolo illustrerà chiaramente le caratteristiche di ciascuno di essi per fornirvi una base informativa che vi consenta di diagnosticare i difetti in modo efficace e accurato.
Che cos’è il “tombstoning”?
Effetto "tombstone" è senza dubbio uno dei difetti più evidenti nella produzione dei circuiti stampati. Osservando questo difetto, si noterà un componente che si erge verticalmente su un'estremità, simile a una lapide in un cimitero.
Questo fenomeno si verifica principalmente sui componenti passivi di piccole dimensioni e la causa principale è la bagnatura non uniforme dei pad di saldatura. Se un pad viene bagnato prima dell’altro, la tensione superficiale del pad bagnato esercita una forza sul componente. Questa forza lo fa sollevare, impedendo la formazione di un giunto di saldatura completo sul pad opposto.
(Nota: le figure 4.1 e 4.2 della “Guida ai difetti di saldatura per gli assemblatori di circuiti stampati” lo illustrano bene.)
Risoluzione dei problemi relativi al "tombstoning"
Utilizziamo una serie di metodi di risoluzione dei problemi per affrontare il fenomeno del “tombstoning”. La progettazione dei pad è uno dei primi aspetti che prendiamo in considerazione durante un’analisi. Se i pad dei componenti interessati presentano dimensioni o forme diverse, possono contribuire a creare una tensione superficiale non uniforme sul componente. Spesso raccomandiamo di assicurarsi che i pad abbiano dimensioni e forme simili, al fine di ridurre al minimo queste forze opposte.
Anche modificare il processo di rifusione può contribuire a ridurre la frequenza del fenomeno del “tombstoning”. L’introduzione di un profilo a spalla o di una breve fase di mantenimento può aiutare a garantire che entrambi i pad associati al componente interessato vengano bagnati contemporaneamente.
Che cos’è “Head-in-Pillow”?
A differenza del “tombstoning”, i difetti di tipo “head-in-pillow” sono notoriamente difficili da individuare a occhio nudo. Spesso è necessario ricorrere a ispezioni a raggi X o a sezioni trasversali per individuarne la posizione esatta.
Questo difetto, che si verifica principalmente sui BGA, si manifesta quando la sfera di saldatura sul BGA non riesce a fondersi con il deposito di pasta saldante sul PCB. La deformazione del BGA è la causa principale di questo problema. Durante il riflusso, il BGA si riscalda e si deforma, il che può causare la separazione tra le sfere di saldatura del BGA e i depositi di pasta saldante.
Una volta completato il processo di rifusione e raffreddato il BGA, il grado di deformazione si riduce. Le sfere di stagno e i depositi di pasta saldante finiscono per tornare a contatto. Tuttavia, anche se lo stagno si è fuso durante il riflusso, spesso le superfici di saldatura presentano un’ossidazione eccessiva quando si ricongiungono. Ciò impedisce allo stagno di fondersi e di creare un giunto di saldatura adeguato. Il risultato è uno spazio vuoto tra la sfera di stagno e il deposito di pasta saldante, simile a una persona che appoggia la testa su un cuscino.
(Nota: la figura 3.1 della guida “The Printed Circuit Assembler’s Guide to Solder Defects” costituisce un valido riferimento in questo contesto.)
Risoluzione dei problemi relativi a "Head-in-Pillow"
I consigli per la risoluzione dei problemi volti a mitigare i difetti di tipo “head-in-pillow” vertono sulla riduzione della distanza tra le sfere di saldatura BGA e i depositi di pasta saldante sul PCB.
- Efficienza di stampa: garantire un’efficace efficienza di trasferimento durante la stampa contribuisce ad assicurare che non vi sia uno spazio eccessivo tra le sfere di saldatura e la pasta saldante prima del riflusso.
- Ottimizzazione del riflusso: un altro approccio consiste nell’ottimizzare il profilo di riflusso per ridurre al minimo la deformazione dei BGA. È possibile ottenere questo risultato diminuendo la temperatura e il tempo di permanenza sopra il liquido (TAL), in modo da evitare che il componente si surriscaldi eccessivamente durante la fase di riflusso.
- Scelta dei materiali: Inoltre, sono state sviluppate paste saldanti specifiche, come l’Indium10.8HF di Indium Corporation®, dotate di caratteristiche tali da ridurre la frequenza dei difetti di tipo “head-in-pillow”.
Sebbene sia difficile da individuare, è possibile correggere i difetti dovuti al contatto della testa con il cuscino apportando specifiche modifiche al processo e ai materiali.
Conclusione
I difetti “head-in-pillow” e “tombstoning” vengono spesso utilizzati in modo intercambiabile, ma si tratta di due fenomeni molto diversi che si verificano nei circuiti stampati e che richiedono procedure di risoluzione dei problemi distinte. Mentre il “tombstoning” si riscontra solitamente in componenti di piccole dimensioni soggetti a forze di bagnatura non uniformi, il “head-in-pillow” si verifica principalmente nei BGA che subiscono una deformazione durante il processo di riflusso.
Comprendere le differenze tra queste due categorie di difetti aiuta a semplificare la comunicazione tra il cliente e il produttore. Assicurarsi che entrambe le parti siano sulla stessa lunghezza d’onda consente di risolvere con successo questi problemi il prima possibile. Se siete interessati a saperne di più, consultate la guida di Indium Corporation "The Green Light Guide to Eliminating Printed Circuit Assembly Soldering and Manufacturing Defects" in formato digitale oppure acquistarne una copia su Amazon.
