Чип-резистор и растрескивание припоя

Восстановление дорожек на плате (Часть 1) (June 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Вот решения проблем, с которыми вы можете столкнуться

Автор: KORY SCHROEDER
Директор по маркетингу и машиностроению
Электронная библиотека Stackpole
www.seielect.com

Многие факторы влияют на долгосрочную надежность чип-резисторов на основе керамических субстратов. Среди них - изменения сопротивления из-за пайки, изменения температуры или даже ожидаемые сдвиги сопротивления в течение срока службы детали в нормальных условиях эксплуатации.

Виденные и невидимые трещины

Один часто забываемый фактор, который влияет на кристаллы на основе керамических субстратов на 2010 и 2512, как толстые, так и тонкие, - это потенциал для растрескивания деталей или сбоя при пайке. Тщательный анализ условий применения и правильной конструкции печатной платы значительно уменьшает возникновение этого отказа, но в некоторых случаях чип-резисторы, построенные на керамических подложках, просто не подходят.

Рисунок 1: Резистор чипа размера 2512, показывающий крекинг на паяном соединении.

Для случаев, подобных тем, которые видны на фиг.1, обнаружение трещины в паяном соединении является относительно простым. Часто, однако, трещины не легко видны. Они могут быть слишком маленькими, чтобы их можно было видеть при нормальном увеличении, или они могут находиться на нижней части детали или заканчиваться. Однако есть некоторые предупреждающие знаки, которые могут указывать на наличие проблем.

Рис.2: 2512 размерный щелевой резистор с крестообразным поперечным сечением паяного соединения.

Как правило, резистор микросхемы с паяным соединением или компонентной микротрекой будет демонстрировать необычайно высокий сдвиг сопротивления после механического, термического или электрического напряжения, вызвавшего развитие трещины. Стандартные универсальные резисторы должны сдвигаться менее чем на 1% от их первоначального значения после завершения всех производственных операций. Сопротивление сдвигов между 1% и 3% было бы подозрительным, и любая смена более 3% после изготовления обязательно должна быть исследована для взлома. В этом случае трещины почти всегда видны на конце или вблизи конца, но не могут быть видны на поверхности детали или в конце.

Неправильная сила размещения

Следует отметить, что другой важной причиной для трещин керамических компонентов чипа является неправильное размещение силы. Конденсаторы MLCC регулярно испытывают эту проблему, так как высота компонента может сильно варьироваться от одного производителя к другому.

Для чиповых резисторов реже возникают трещины, вызванные изменениями высоты компонентов; Поверхности микросхем резистора довольно близки по толщине для всех основных производителей. Однако, если машины с разборкой не поддерживаются должным образом и откалиброваны, или если скорость размещения находится на верхнем конце оборудования, возможно возникновение трещин из-за того, что машина оказывает слишком большую силу. Это обычно вызывает трещину в компоненте с одной стороны детали горизонтально на другую, всегда вблизи середины детали и обычно на относительно прямой линии.

Трещины часто возникают в нижней части детали и распространяются вверх. В некоторых случаях трещина может не проходить через резистивный элемент пленки, и в этом случае часть может по-прежнему считываться в пределах допуска. Часть, безусловно, будет открыта, если есть какие-либо механические или термические напряжения, которым подвергается схема. Это может вызвать скрытый сбой, который будет очень трудно обнаружить до того, как конечный продукт достигнет поля.

Расширение материала

Трещины из-за различий в разложении материала обычно присутствуют на границе или близки к окончанию и обычно намного менее линейны. Реальной причиной такого типа отказа является разница в коэффициенте расширения между печатной платой и керамическим чип-резистором. Говоря просто, PCB может расширяться, сокращаться и гибко, пока керамический чип не может. Хотя различия в коэффициенте теплового расширения между этими двумя материалами, безусловно, являются частью этого, все же возможно иметь этот тип отказа в условиях без значительных температурных градиентов.

Решения

Компоненты могут быть подвергнуты изгибу и изгибающим усилиям из печатной платы из-за винтовой установки, соединителей, которые прикреплены и не прикреплены, или от вибрации. Для конечных продуктов, где печатная плата монтируется в устройство с помощью винтов или когда имеются разъемы, которые должны быть подключены и отсоединены, одним из возможных решений является перемещение всех компонентов чипов размером до 2010 г. и более крупных размеров, как далеко от разъема или монтажного отверстия насколько это возможно. В тех ситуациях, когда это невозможно, или когда узел цепи обязательно подвергается вибрации, например, когда он установлен на двигателе, необходимо искать другое решение.

Рисунок 3: Резисторы с поверхностным креплением с совместимыми окончаниями.

Для приложений, которые уже имеют некоторые сквозные компоненты и имеют пространство на плате, ответ может быть таким же простым, как переход на элемент с проецированным сквозным отверстием. Но с распространением компонентов поверхностного монтажа и производственных процессов это не всегда практично или возможно. Не имеет смысла менять резистор от SMT до сквозного отверстия, если это одна из единственных частей платы, которая не является поверхностным креплением. Наиболее популярным в настоящее время решением для поверхностного монтажа этой проблемы является формованная SMD-упаковка с сформированными металлическими язычками, которые стекают по бокам детали и под ней. Эти совместимые окончания могут свободно гибнуть назад и вперед с помощью платы и эффективно устранять проблемы целостности трещин или паяных соединений. Формованные пакеты SMD, такие как это, обычно предлагают проводящий резистивный элемент, но также легко доступны толстопленочная, тонкая или металлическая пленка и элементы углеродной композиции. Элементы с проволочной обмоткой очень популярны из-за их способности выдерживать экстремальные температуры. Поверхностные формованные проволочные проволоки, как правило, рассчитаны на работу при температурах до 275С, где все остальные типы элементов ограничены до 155С и ниже.

В дополнение к формованным упаковкам SMD также имеются пакеты SMD с высокой мощностью, в которых используется металлический корпус с резисторами для микросхем, установленными на нижней стороне; эта конфигурация также позволяет металлическим окончаниям расширяться и свободно контактировать с доской. Эти два варианта, хотя и легко доступны, стоят дороже, чем стандартные толстопленочные чипы, которые они заменяют. Эти типы пакетов также довольно велики с точки зрения используемого пространства и высоты. Кроме того, SMD-формованные проволочные проволоки по своей природе индуктивны даже при неиндуктивной намотке и ограничены в диапазоне сопротивлений только теми значениями сопротивления ниже 5 кОм.

Быстрая разработка и принятие импульсов с резисторами микросхем и мощными чип-резисторами позволили многим приложениям, использующим резисторы сквозного отверстия в прошлом, перейти на устройства для поверхностного монтажа. Это упрощает производственные процессы и, как правило, может сэкономить значительное количество пространства на доске и веса продукта. Тем не менее, некоторые приложения подвержены тепловым и механическим напряжениям, которые вызывают проблемы с крекингом компонентов и целостностью паяных соединений. Однако при тщательном анализе компоновки платы и правильном выборе компонентов общая надежность может быть значительно улучшена для требований к мощности резисторов 0, 5 Вт и выше. Резисторы с поверхностным креплением с совместимыми металлическими концевыми соединениями предлагают легко доступное решение, которое полностью невосприимчиво к растрескиванию компонентов и пайке или прекращению работы. ■