Rozwiązywanie problemów z pęcherzykami zalewania próżniowego: przyczyny, kontrola procesu i kontrola jakości PCBA

Pęcherzyki i puste przestrzenie w zalewaniu PCBA są łatwe do zauważenia po utwardzeniu, ale rzadko są spowodowane pojedynczym błędem. Powietrze może przedostać się przez mieszanie żywicy, dozowanie, szczeliny komponentów, geometrię obudowy, wilgoć, zanieczyszczenia, nieodpowiednią ścieżkę napełniania lub sekwencję utwardzania, która blokuje pęcherzyki na miejscu, zanim będą mogły uciec.

Niektóre bąbelki mają charakter kosmetyczny. Inne mogą zmniejszyć pokrycie wokół obszaru krytycznego, stworzyć niepożądaną ścieżkę dla wilgoci, skomplikować działanie izolacji, wpłynąć na przenoszenie ciepła lub sprawić, że ostateczny wygląd nie będzie odpowiadał uzgodnionym standardom. Kluczem jest wczesne zdefiniowanie ryzyka produktu i kryteriów akceptacji, zamiast zakładać, że jakakolwiek widoczna bańka jest albo nieszkodliwa, albo automatycznie nieakceptowalna.

Odgazowanie próżniowe i zalewanie próżniowe mogą być przydatnymi narzędziami, ale nie są uniwersalnym lekarstwem. Najlepiej sprawdzają się jako część procesu, który uwzględnia również wybór żywicy, przechowywanie, mieszanie, czystość płyty, kąt mocowania, konstrukcję wnęki, prędkość dozowania, kolejność napełniania, zachowanie utwardzania i kontrolę. Aby zapoznać się z szerszym procesem produkcyjnym, zobacz Przewodnik po procesie zalewania PCBA.

Dlaczego bąbelki w zalewaniu PCBA to coś więcej niż problem kosmetyczny

Znaczenie bańki zależy od tego, gdzie się ona znajduje, jak duża jest, czy jest połączona z inną pustką i do czego produkt potrzebuje żywicy. Mały izolowany pęcherzyk powierzchniowy w obszarze niekrytycznym może być akceptowalny w ramach uzgodnionych standardów wizualnych. Przeglądu może wymagać pustka obok elementu wysokiego napięcia, głęboko pod komponentem, w pobliżu granicy szczelności środowiskowej lub wewnątrz interfejsu termicznego.

Przed ustaleniem celu procesu zespół powinien zdefiniować:

• obszary, w których pełne pokrycie żywicą jest krytyczne
• niezależnie od tego, czy chodzi o wygląd, izolację, ochronę przed wilgocią, wsparcie mechaniczne, zachowanie termiczne czy inną funkcję
• w jaki sposób będą sprawdzane widoczne i wewnętrzne puste przestrzenie
• jaki próg akceptacji obowiązuje dla produktu i kto zatwierdza odstępstwa
• czy wymaganie dotyczy produkcji, prototypów, czy obu

Bez tej definicji operator nie będzie w stanie odróżnić niewielkiej zmiany wizualnej od rzeczywistej utraty jakości. Dostawca może również podać ofertę zbyt konserwatywną lub zbyt luźną, ponieważ oczekiwana kontrola procesu jest nieznana.

Najczęstsze przyczyny powstawania pęcherzyków i pustych przestrzeni podczas zalewania

Większość problemów z pęcherzykami wynika z połączenia materiału, geometrii i warunków procesu.

Kontrola wzrokowa utwardzonej warstwy zalewowej przy czystym oświetleniu w celu zidentyfikowania problemów z kieszeniami powietrznymi.

Powietrze wprowadzone podczas mieszania lub dozowania

Materiały dwuskładnikowe mogą zatrzymywać powietrze podczas przygotowywania lub mieszania materiału. System dozowania może również powodować wprowadzenie powietrza przez ścieżkę materiału, wymianę wkładu, niespójne podawanie, nieodpowiednie ciśnienie lub niestabilny profil uruchamiania i zatrzymywania. Dozowanie próbne pomaga sprawdzić, czy wydajność jest spójna przed napełnieniem jednostek produktu.

Lepkość i temperatura żywicy

Żywica o wyższej lepkości może płynąć wolniej wokół gęstych elementów, wąskich szczelin lub głębokich ścian szczelin. Może to spowodować pozostawienie powietrza pod częściami lub w rogach. Temperatura może zmienić zachowanie przepływu, ale wszelkie kondycjonowanie musi spełniać wymagania dostawcy materiału. Nie zmieniaj temperatury ani procesu mieszania przypadkowo, aby rozwiązać problem pęcherzyków; może to mieć wpływ na czas pracy, utwardzanie i wydajność materiału.

Geometria wnęki i układ komponentów

Wysokie komponenty, puszki ekranujące, pętle z drutu, wąskie kanały, ostre narożniki wewnętrzne i zablokowane ścieżki wentylacyjne mogą tworzyć obszary, z których powietrze nie może uciec w miarę unoszenia się żywicy. Punkt napełniania, który działa na pustej obudowie, może nie działać po zainstalowaniu wypełnionej płyty.

Lista kontrolna DFM zalewania PCBA wyjaśnia, w jaki sposób przed rozpoczęciem produkcji należy sprawdzić granice wypełnienia, odstępy, ścieżki powietrza, osprzęt i przekroje poprzeczne obudowy.

Wilgoć i zanieczyszczenia

Wilgoć na powierzchni płyty lub uwięziona wewnątrz komponentów jest główną przyczyną wad w obróbce. W szczególności poliuretanowe (PU) materiały zalewowe są bardzo wrażliwe na wilgoć. Składnik izocyjanianowy w PU reaguje z wilgocią, uwalniając dwutlenek węgla ($CO_2$), powodując spienienie żywicy i utworzenie mikropęcherzyków lub pustych przestrzeni po utwardzeniu.

Aby zapobiec reaktywnemu odgazowaniu, proces montażu powinien obejmować:

• Cykl wstępnego wygrzewania tylko wtedy, gdy wymagają tego klasyfikacja wrażliwości komponentów na wilgoć, karta danych materiału i zwalidowany proces montażu. Nie stosuj ogólnej temperatury ani czasu do wszystkich płytek i komponentów.
• Prawidłowe czyszczenie w celu usunięcia pozostałości topnika, kurzu, włókien, odcisków palców i luźnych cząstek, które mogą wpływać na zwilżanie, przyczepność i tworzyć miejsca inicjacji pustych przestrzeni.
• Kontrolowane przechowywanie materiałów i płyt w suchych szafkach lub w środowiskach przedmuchanych azotem przed dozowaniem.

Ścieżka napełniania i prędkość dozowania

Szybkie napełnianie może spowodować uwięzienie powietrza. Powolne napełnianie może wydłużyć czas cyklu i może nadal zakończyć się niepowodzeniem, jeśli położenie dyszy lub ścieżka napełniania są nieprawidłowe. Wysokość dyszy, rozmiar igły, objętość wtrysku, kąt mocowania, lokalizacja początkowa i końcowa oraz to, czy żywica jest wylewana etapami, mają wpływ na wynik.

Przed zmianą procesu użyj sekwencji przyczyn źródłowych

Kiedy pojawiają się bąbelki, zmiana kilku zmiennych jednocześnie utrudnia rozwiązanie problemu. Zamiast tego użyj uporządkowanej sekwencji. Rozpocznij od potwierdzenia tożsamości materiału, warunków przechowywania, przygotowania mieszanki i statusu czasu pracy. Następnie przejrzyj rzeczywistą geometrię części i lokalizację pęcherzyków. Następnie sprawdź ścieżkę dozowania, pozycję mocowania, konfigurację dysz i sekwencję utwardzania w odniesieniu do zatwierdzonej próbki lub zapisu procesu.

Takie podejście oddziela kwestie związane z materiałami od zagadnień związanych z geometrią i pozwala uniknąć traktowania każdej wady jako problemu próżni. Tworzy także przejrzysty zapis dla klienta i zespołu produkcyjnego, gdy proponowana jest zmiana procesu. Przegląd pierwotnej przyczyny powinien odpowiedzieć na trzy pytania: dokąd prawdopodobnie dostało się powietrze, dlaczego nie mogło uciec oraz jaka kontrolowana zmiana zostanie zweryfikowana przed następną partią.

Kiedy odgazowanie próżniowe lub zalewanie próżniowe może pomóc

Odgazowanie próżniowe jest często stosowane w celu zmniejszenia ilości powietrza zawartego w żywicy przed dozowaniem. Zalewanie próżniowe może być również pomocne tam, gdzie proces wymaga lepszej kontroli nad usuwaniem powietrza z wnęki lub wokół złożonej geometrii elementu. Dokładna konfiguracja zależy od materiału, obudowy, wyposażenia i zatwierdzonego procesu.

Proces odgazowania żywicy w komorze próżniowej w celu wyeliminowania uwięzionych pęcherzyków powietrza przed dozowaniem.

Możliwość podciśnienia może być warta sprawdzenia, gdy:

• żywica jest lepka lub zmieszana z wielu składników
• wnęka jest głęboka, wąska lub trudna do odpowietrzenia
• deska ma wysokie lub ciasno upakowane części, które tworzą ukryte przestrzenie
• wymagania dotyczące produktu mają ścisły standard pusty lub wizualny
• pomimo podstawowej kontroli procesu, bąbelki pojawiały się wielokrotnie
• ryzyko niezawodności uwięzionego powietrza jest wyższe niż normalne różnice kosmetyczne

Próżnia nie jest automatycznie rozwiązaniem. Nie może skorygować niezdefiniowanej geometrii wypełnienia, złego maskowania, zanieczyszczonych powierzchni, niezgodnego materiału lub niejasnego kryterium akceptacji. Może również zmienić czas procesu, potrzeby sprzętowe, osprzęt, obsługę materiałów i koszty. Traktuj to jako możliwość oceny procesu, a nie pole wyboru, które należy dodać do każdego zapytania ofertowego.

Kontrole procesu, które redukują uwięzione powietrze i niespójne wypełnienie

Najskuteczniejszym podejściem jest kontrola procesu przed napełnieniem pierwszej jednostki produkcyjnej.

Potwierdź materiał i metodę przygotowania

Stosować zatwierdzoną żywicę, warunki przechowywania, proporcje mieszania i czas pracy. Potwierdź, czy produkt wymaga kondycjonowania materiału, kontrolowanego mieszania lub odgazowania. Zastąpienie materiału lub niesprawdzona zmiana w preparacie może zmienić płynność i zachowanie utwardzacza na tyle, że unieważnią wcześniejsze wyniki prób.

Korzystaj z prób pierwszego artykułu i kontrolowanego dozowania

Przed produkcją seryjną należy użyć próbek lub reprezentatywnej geometrii w celu ustalenia ścieżki dozowania, poziomu napełnienia, położenia dyszy, mocowania, okresów oczekiwania i sekwencji utwardzania. Sfotografuj lub udokumentuj zaakceptowany wynik, tak aby linia i klient mieli te same referencje.

Projekt odprowadzania powietrza

Przejrzyj fizyczną drogę, którą podąża żywica i drogę, którą powietrze opuszcza ubytek. Projekt może wymagać innego miejsca wypełnienia, otworu wentylacyjnego, kąta mocowania, wolniejszej ścieżki lub wypełnienia etapowego, aby uniknąć ukrytych pustek. Odpowiedź powinna wynikać z rzeczywistej geometrii obudowy i zespołu, a nie ogólnych ustawień maszyny.

W stosownych przypadkach należy rozważyć napełnianie etapowe

W przypadku niektórych produktów mniejsze wypełnienie początkowe, a następnie wyrównanie lub częściowe utwardzenie może pozwolić na ucieczkę powietrza przed nałożeniem kolejnej warstwy. Może to poprawić kontrolę w przypadku trudnej geometrii, ale wydłuża również czas obsługi, czas utwardzania, punkty kontroli, przestrzeń w procesie i koszty. Napełnianie etapowe należy stosować tylko wtedy, gdy produkt i proces materiałowy to uzasadniają.

Utrzymuj kontrolę w powiązaniu z procesem

Kontrole wizualne, kontrole poziomu napełnienia, kontrole masy, zdjęcia, testy funkcjonalne lub inne uzgodnione kontrole należy zaplanować w oparciu o rzeczywiste ryzyko. Plan jakości, który mówi tylko „bez bąbelków”, nie jest wykonalny. Powinien określać metodę obserwacji, odpowiedni obszar, limit akceptacji, wymagania dotyczące dokumentacji i ścieżkę eskalacji.

Zachowaj zachowanie leku w planie walidacji

Punkt, w którym żywica zaczyna żelować lub utwardzać, wpływa na to, czy powietrze nadal może unosić się i uciekać. Zachowanie podczas utwardzania zależy od wybranego materiału, przygotowania, temperatury, masy żywicy i geometrii produktu. Należy go zweryfikować na podstawie zatwierdzonych instrukcji materiałowych i reprezentatywnych próbek, a nie korygować nieformalnie na linii produkcyjnej.

Jeśli rozważana jest zmiana czasu utwardzania, etapu lub temperatury, należy ją traktować jako kontrolowaną zmianę techniczną. Potwierdź, czy wpływa to na czas pracy materiału, właściwości końcowe, wygląd, czas testu po zalewaniu lub wydajność produkcji. Jest to szczególnie ważne, gdy proces wykorzystuje wielokrotne wypełnienia lub długie okresy oczekiwania pomiędzy krokami.

Kryteria kontroli i akceptacji dla zalanych zespołów PCB

Kontrola musi być praktyczna dla gotowego produktu. Niektóre puste przestrzenie mogą być widoczne na powierzchni lub przez przezroczystą obudowę; innych nie można zaobserwować bez metody specyficznej dla produktu. Wymaganą inspekcję należy określić przed wyceną i wykonaniem próbki.

Przydatna definicja akceptacji może obejmować:

• które powierzchnie lub obszary podlegają kontroli wzrokowej
• akceptowalna wysokość napełnienia lub odchylenie granic
• widoczne granice pęcherzyków lub pustych przestrzeni w strefach krytycznych i niekrytycznych
• wymagane zapisy fotograficzne dla pierwszego artykułu lub partii produkcyjnej
• testy elektryczne, izolacyjne, ciągłości lub funkcjonalne po utwardzeniu
• poziom próbkowania, sposób postępowania w przypadku awarii i droga zatwierdzenia przez klienta

Nie kopiuj kryteriów z innego produktu bez sprawdzenia, czy geometria, żywica, obudowa i ryzyko użytkowania końcowego są porównywalne. Dyskusja usługa testowania jakości powinna być powiązana z ostatecznymi wymaganiami modułu, a nie tylko samą płytką.

Dopasuj metodę kontroli do tego, co faktycznie można zaobserwować

Metoda inspekcji jest użyteczna tylko wtedy, gdy pozwala wykryć istotne ryzyko. Wizualna kontrola powierzchni może potwierdzić granicę wypełnienia i widoczne pęcherzyki, ale może nie ujawnić ukrytej pustki pod komponentem. I odwrotnie, złożony wymóg kontroli może zwiększyć koszty bez poprawy decyzji, jeśli ryzyko związane z produktem ogranicza się do widocznej powierzchni kosmetycznej.

Podczas przeglądu pierwszego artykułu uzgodnij praktyczne dowody akceptacji. Może to obejmować zdjęcia z określonych punktów widzenia, kontrolowane kontrole masy lub poziomu napełnienia, wyniki testów funkcjonalnych i zatwierdzoną przez klienta próbkę referencyjną. Jeśli produkt wymaga innej metody, zdefiniuj ją przed wyceną, aby wymagany sprzęt, czas i dokumentacja były widoczne dla obu stron.

Co klienci powinni wyjaśnić przed rozpoczęciem produkcji

Zanim dostawca rozpocznie konfigurację, zapewnij kontrolowany pakiet zawierający:

• rysunki montażowe i obudowy, w tym przekroje wnęk i strefy wypełnienia
• zatwierdzona żywica lub dozwolone wymagania materiałowe
• kryteria akceptacji wizualnej, pustej przestrzeni, poziomu wypełnienia i maskowania
• zdefiniowane miejsca na złącza, etykiety, punkty testowe, diody LED, czujniki i elementy złączne
• sekwencja testowa przed i po zasadzeniu
• czy wymagane jest odgazowanie próżniowe, zalewanie próżniowe lub etapowe napełnianie, czy też należy je ocenić
• oczekiwania dotyczące zatwierdzania próbek, zdjęć, identyfikowalności i zgłaszania usterek

Informacje te pozwalają zespołowi Usługa montażu PCB zaplanować rzeczywistą pracę, a nie wyciągać wnioski z krótkiej notatki. W przypadku nowego produktu lub zmiany procesu zadaj pytanie przed rozpoczęciem produkcji za pośrednictwem strona kontaktowa.

Wniosek

Pęcherzyki w zalewaniu PCBA najlepiej kontrolować poprzez definicję procesu, a nie samą późną kontrolę. Obsługa materiału, przepływ żywicy, geometria wnęki, rozmieszczenie komponentów, konstrukcja mocowania, kolejność napełniania, zdolność próżniowa, utwardzanie i kryteria akceptacji – wszystko to ma wpływ na wynik.

Próżnia może być przydatna, gdy uzasadnia to ryzyko produktu i geometria, ale należy ją oceniać jako część całego procesu zalewania. Zdefiniuj obszary krytyczne, zweryfikuj reprezentatywną próbkę i udokumentuj, jak wygląda akceptowalna jednostka przed rozpoczęciem produkcji seryjnej.

Często zadawane pytania dotyczące baniek do zalewania próżniowego

Czy zalewanie próżniowe gwarantuje wynik wolny od pęcherzyków powietrza?

Nie. Próżnia może zmniejszyć ryzyko związane z powietrzem w odpowiednich procesach, ale nie eliminuje potrzeby odpowiedniego przygotowania materiału, przeglądu geometrii, kontroli dozowania, planowania utwardzania i kryteriów akceptacji.

Czy wszystkie widoczne bąbelki to porażka?

Nie koniecznie. Znaczenie zależy od lokalizacji, rozmiaru, funkcji i uzgodnionego standardu produktu. Zdefiniuj strefy krytyczne i kryteria inspekcji przed rozpoczęciem produkcji.

Kiedy w produkcie należy zastosować wypełnienie etapowe?

Napełnianie etapowe można rozważyć, jeśli głębokie ubytki, wysokie elementy, lepki materiał lub utrudniona ucieczka powietrza powodują, że pojedyncze wypełnienie jest zawodne. Należy go zweryfikować w odniesieniu do rzeczywistego produktu, ponieważ zwiększa to czas i złożoność procesu.