Důvody praskání pryskyřičného materiálu PCB pod BGA podložkami při zpracování SMTP

K praskání materiálu z pryskyřice PCB dochází v důsledku přítomnosti zachycené vlhkosti. Důvodem je vysoká teplota pájení, která vede ke zvýšení tlaku par. K prasklinám může dojít také proto, že tepelná roztažnost desky způsobuje změnu rozteče mezi podložkami BGA. Pro snížení rizika tohoto typu poruchy lze použít alternativní povrchové úpravy podložek, které snižují tepelný dopad na sousední pouzdra.

Zachycená vlhkost způsobuje praskliny v materiálu pryskyřice na deskách plošných spojů

Uvězněná vlhkost může způsobit celou řadu poruch desek plošných spojů, včetně delaminace, tvorby puchýřů a migrace kovů. Může také změnit dielektrickou konstantu a rozptylový faktor a snížit rychlost spínání obvodů. Vlhkost také zvyšuje úroveň napětí v různých prvcích DPS, včetně měděných a bga podložek. Může také vést k oxidaci měděných povrchů, což snižuje smáčivost povrchových úprav. Kromě toho může zvýšit výskyt elektrických zkratů a rozpojení. To je obzvláště problematické, protože výroba DPS zahrnuje mnoho kroků, které zahrnují použití vody.

Při zpracování smt může zadržená vlhkost způsobit praskliny v materiálu pryskyřice PCB. Z tohoto důvodu by výrobci DPS měli věnovat pozornost velikosti otvoru pro pájecí masku. Velikost by měla být menší než požadovaná plocha půdy. Pokud je plocha podložky SMD příliš velká, bude obtížné vést pájecí kuličku.

Teploty pájení přetavením zvyšují tlak par

Na deformaci pouzdra při pájení BGA mohou mít vliv různé faktory. Patří mezi ně přednostní ohřev, stínové efekty a vysoce reflexní povrchy. Procesy přetavení s nucenou konvekcí mohou naštěstí tyto vlivy omezit.

Vysoká teplota přetavení může vést k poškození pájecího hrbolku. Nárůst teploty může vést ke snížení výšky pájecího spoje, což má za následek, že pájený výstupek je menší než původní výška pájecího hrbolku.

Důležitým faktorem, který určuje odolnost pájecího spoje, je také tvar upevňovací podložky. Doporučuje se používat větší a širší podložky než menší. Větší plocha zvyšuje pravděpodobnost vzniku trhlin.

Přilnavý tok snižuje tepelný dopad na sousední obaly

Tacky flux je termosetovatelný materiál, který se používá při montáži čipů a flip chipů. Jeho složení se skládá z reaktivních chemických látek, které se během přetavovacího ohřevu rozpouštějí v podkladovém materiálu. Po vytvrzení se lepkavé tavidlo stává součástí čisté pracovní struktury konečného pouzdra.

Tavidla, chemická smáčedla, usnadňují proces pájení tím, že snižují povrchové napětí roztavené pájky, a umožňují tak její volnější tok. Lze je nanášet ponořením, tiskem nebo přenášením kolíčkem. V mnoha případech jsou kompatibilní s epoxidovými podlepkami. To jim umožňuje snížit tepelný dopad sousedních obalů při zpracování smt.

Použití lepivého tavidla snižuje tepelný dopad na sousední obaly během pájení. Tato metoda má však svá omezení. Selhání tavidla může způsobit několik faktorů. Nečistoty v tavidle mohou narušovat proces pájení, čímž se pájený spoj stává slabým. Kromě toho vyžaduje nákladné vybavení pro řádné čištění pájecí pasty před pájením.

Alternativní povrchové úpravy podložek

Chování desek plošných spojů při šíření trhlin může být ovlivněno použitými povrchovými úpravami podložek. K řešení tohoto problému byly vyvinuty různé metody. Jednou z těchto metod je použití organického konzervačního prostředku pro pájení. Tento konzervační prostředek je účinný proti oxidaci podložek. Kromě toho pomáhá udržovat kvalitu pájecího spoje.

Geometrie podložky určuje tuhost desky. Definuje také otvor pájecí masky. Tloušťka desky a materiály použité k vytvoření jednotlivých vrstev ovlivňují tuhost desky. Obecně je optimální poměr podložek a zařízení 1:1.

Zkušební metody pro charakterizaci praskání materiálu pryskyřice na deskách plošných spojů

K dispozici jsou různé zkušební metody pro charakterizaci vlastností pryskyřičných materiálů pro DPS při zpracování SMTP. Patří mezi ně elektrická charakterizace, nedestruktivní metody a zkoušky fyzikálních vlastností. V některých případech lze k odhalení kráterů na podložce použít kombinaci těchto zkoušek.

Jednou ze zkušebních metod pro identifikaci prasklin je měření vzdálenosti mezi kolíky. Pro periferní pouzdra je obvykle přijatelná hodnota 0,004 palce a pro pouzdra BGA 0,008 palce. Další zkušební metodou pro charakterizaci materiálu pryskyřice na deskách plošných spojů je měření koeficientu tepelné roztažnosti. Tento koeficient se vyjadřuje v ppm/stupeň Celsia.

Další metodou je technika flip chip. Tento postup umožňuje výrobu substrátů BGA s vysokou hustotou flip chipů. Je široce používán v moderním balení integrovaných obvodů. Proces flip chip vyžaduje vysoce kvalitní povrchovou úpravu, která je rovnoměrná a bez nečistot, aby se dala pájet. Těch se obvykle dosahuje elektrolytickým niklováním měděné podložky a tenkou vrstvou imerzního zlata. Tloušťka vrstvy ENIG závisí na životnosti sestavy plošných spojů, ale obvykle je asi 5 um pro nikl a 0,05 um pro zlato.