Dlaczego komponenty spadają z płytki

Jedna z firm opisała problem z odpadaniem przyklejonych kondensatorów SMD podczas utwardzania kleju. Firma używa jak pisze dobrze znanego kleju od renomowanego dostawcy. Co nietypowe w tej sytuacji to fakt, iż problem dotyczył tylko kondensatorów, a rezystorów już nie, podczas gdy obie grupy komponentów są bardzo podobne pod względem wielkości.

Rodney Miller z firmy Specialty Coating Systems twierdzi, iż może to wynikać z samego umieszczenia dawki kleju. Opisuje też sam mechanizm odpadania komponentów od płytki, którego jego zdaniem pierwotną przyczyną są pustki - bąbelki – występujące w masie kleju. W fazie częściowego utwardzenia kleju, uwięzione wewnątrz substancje lotne mechanicznie pękają, wypychając komponent.

'Zagadkowe odpadanie jednego rodzaju komponentów musi mieć swoje źródło w różnym składzie ich powierzchni. Przykładowo, kondensatory tantalowe i podobne rozmiarami  kondensatory ceramiczne mogą mieć różny skład. Ten szczegół może stanowić istotną różnicę również w przypadku podobnych obudów, co w połączeniu z pustkami w strukturze kleju, może powodować odpadanie komponentu' czytamy w jego wypowiedzi. Jako rozwiązanie Rodney zaleca minimalizację rozmiarów dawki kleju: jeśli chodzi o klej SMD, mniej znaczy więcej. Ze swojego doświadczenia przytacza przykład, kiedy udało mu się wyeliminować odpadanie komponentów z fali poprzez zastosowanie drukarki szablonowej, za pomocą której udało się uzyskać bardzo małe dawki kleju w bardzo różnych kształtach.

Fritz Byle, inżynier procesu z 30 letnim doświadczeniem, podchodzi do problemu nieco inaczej. Jego zdaniem kluczem do rozwiązania tej zagadki jest określenie, czy problem jest adhezyjny (tj. na granicy), czy też kohezyjny (problem w obrębie kleju), a jeśli jest to problem  adhezyjny, to na której powierzchni występuje.

Jeśli problem ma charakter adhezyjny, a klej pozostaje na płytce, należy sprawdzić następujące potencjalne przyczyny źródłowe:

• Należy porównać siłę wiązania na kondensatorach i rezystorach. Należało by sprawdzić, czy komponenty te mają dobre właściwości wiążące - może się zdarzyć, że rezystory mają również niską siłę wiązania, ale wystarczającą, aby je utrzymać, ponieważ mają zwykle niższy profil i mniejszą masę oraz mogą mieć bardziej szorstką, bardziej porowatą spodnią powierzchnię.
• Jeśli siła wiązania obu składników jest niska, należy przyjrzeć się okresowi czasu, jaki upływa od dozowania (lub drukowania) kleju do  położenia komponentów, a także przyjrzeć się warunkom przechowywania poszczególnych pojemników kleju i okresowi jego trwałości.
• Jeśli siła wiązania rezystorów jest normalna, podczas gdy siła wiązania kondensatorów jest niska, należy spojrzeć na powierzchnię kondensatorów pod kątem zanieczyszczeń, które mogą ograniczać przyczepność.

Jeśli natomiast problem ma charakter adhezyjny, a klej pozostaje na elemencie, jako główny podejrzany musi wystąpić stan soldermaski:

• W pierwszym rzędzie należy przyjrzeć się zanieczyszczeniom na powierzchni PCB. Można łatwo porównać siłę wiązania w przypadku płytek mytych lub nie.
• Problem może też dotyczyć materiału z jakiego wykonana jest soldermaska. Niektóre maski lutownicze mogą zawierać materiały, osłabiające siłę wiązania (należą do nich wypełniacze, które stosuje się do modyfikowania wyglądu powierzchni lub obniżania kosztów).

Jeśli problem ma charakter kohezyjny, należy rozważyć następujące kwestie:

• Nadmierna ilość pęcherzyków w kleju wskazuje na niewłaściwy profil utwardzania lub zbytnią miękkość utwardzonego materiału
• Pewną rolę mogą też odgrywać siły mechaniczne: fakt, że kondensatory są wyższe niż rezystory, może prowadzić do tego, że są bardziej podatne na odpadnięcie.

W podobny sposób rozważa problem Greg York z BLT Circuit Services Ltd. Przede wszystkim, należy ustalić, czy klej nadal przylega do maski lutowniczej na PCB, czy przykleja się jedynie do korpusu elementu. Jeśli przykleja się do maski, może to wynikać z jakiegoś rodzaju zanieczyszczenia powierzchni komponentu. Jeśli natomiast przylega do komponentu, może to być spowodowane zanieczyszczeniem powierzchni PCB lub - co bardziej prawdopodobne -  nieutwardzonym lutem, uniemożliwiającym prawidłowe związanie kleju. Richard Boyle z Henkel Electronics podejrzewa, że przyczyną niecodziennego zachowania się komponentów jest rodzaj wykończenia ich powierzchni, który może być wyjątkowo gładki i jednolity, nie pozwalając na wnikanie cząsteczek kleju w jej strukturę.

Bardzo cenną moim zdaniem uwagę wnosi do dyskusji Richard Stadem, inżynier z bardzo dużym doświadczenia z General Dynamics. Zwraca on uwagę, że przecież typowy klej do SMT – daje przykład Loctite 3609 lub 3621 - nie jest wcale niezwykle mocny i ma tylko lekko przytrzymać komponent w procesie reflow. Jego zdaniem, jeśli szybkość narastania temperatury w procesie rozpływowym jest zbyt duża, komponenty mogą odpadać ze względu na dużą różnicę w szybkości rozszerzania się FR-4 oraz ceramiczną obudową chipu. Jako rozwiązanie problemu proponuje poeksperymentowanie i spowolnienie tempa przyrostu temperatury wzrostu i sprawdzenie, czy zmniejsza się skala problemu.

Zdjęcie tytułowe: © Amicra