Årsager til revner i PCB-harpiksmateriale under BGA-puder under SMTP-behandling

Revner i PCB-harpiksmateriale opstår på grund af indesluttet fugt. Årsagen til dette er en høj loddetemperatur, der resulterer i en stigning i damptrykket. Revnerne kan også opstå, fordi printkortets termiske udvidelse får afstanden mellem BGA-pads til at ændre sig. For at mindske risikoen for denne type fejl kan man bruge alternative pad-overflader, som reducerer den termiske påvirkning af tilstødende pakker.

Indespærret fugt forårsager revner i printkortets resinmateriale

Indesluttet fugt kan forårsage en lang række PCB-fejl, herunder delaminering, blærer og metalvandring. Det kan også ændre den dielektriske konstant og spredningsfaktoren, hvilket reducerer kredsløbets skiftehastighed. Fugt øger også stressniveauet i forskellige PCB-funktioner, herunder kobber og bga-pads. Det kan også føre til oxidering på kobberoverflader, hvilket reducerer overfladebehandlingens befugtningsevne. Derudover kan det øge forekomsten af elektriske kortslutninger og åbninger. Dette er især problematisk, fordi PCB-fremstilling involverer mange trin, der involverer brug af vand.

Under smt-behandling kan indesluttet fugt resultere i revner i PCB-harpiksmaterialet. På grund af dette bør PCB-producenter være opmærksomme på størrelsen af loddemaskeåbningen. Størrelsen skal være mindre end det ønskede landområde. Hvis SMD'ens pad-område er for stort, bliver det svært at føre loddekuglen.

Reflow-loddetemperaturer øger damptrykket

Forskellige faktorer kan påvirke pakkeforvridningen under BGA-lodning. Disse omfatter fortrinsvis opvarmning, skyggeeffekter og stærkt reflekterende overflader. Heldigvis kan reflow-processer med tvungen konvektion reducere disse effekter.

En høj reflow-temperatur kan føre til en forringelse af loddebulen. Temperaturstigningen kan føre til en reduktion i loddesamlingens højde, hvilket resulterer i en loddeafstand, der er mindre end den oprindelige højde på loddebumpet.

Formen på fastgørelsespuden er også en vigtig faktor for loddesamlingens robusthed. Det anbefales at bruge større og bredere pads end mindre. Det øgede areal øger risikoen for revner.

Klæbrig flux reducerer termisk påvirkning af tilstødende pakker

Tacky flux er et termohærdende materiale, der bruges ved samling af chipskala og flip chip-pakker. Dets sammensætning består af reaktive kemikalier, som opløses i underfill-materialet under reflow-opvarmning. Når det er hærdet, bliver tacky flux en del af netværksstrukturen i den endelige pakke.

Flux er et kemisk befugtningsmiddel, der letter loddeprocessen ved at reducere overfladespændingen i det smeltede loddetin, så det flyder mere frit. De kan påføres ved dypning, trykning eller pin-transfer. I mange tilfælde er de kompatible med epoxy underfill. Det gør dem i stand til at reducere den termiske påvirkning af tilstødende pakker under smt-behandling.

Brug af klæbrig flux reducerer den termiske påvirkning af tilstødende pakker under lodning. Denne metode har dog sine begrænsninger. Flere faktorer kan få fluxen til at svigte. Urenheder i fluxen kan forstyrre loddeprocessen og gøre loddesamlingen svag. Derudover kræver det dyrt udstyr at rengøre loddepastaen ordentligt før lodning.

Alternative overfladebehandlinger

Revnedannelsen på et printkort kan påvirkes af den anvendte pad-finish. Der er udviklet forskellige metoder til at løse dette problem. En af disse metoder er brugen af et organisk konserveringsmiddel mod lodning. Dette konserveringsmiddel er effektivt mod pad-oxidation. Derudover hjælper det med at opretholde loddesamlingens kvalitet.

Padgeometrien definerer printkortets stivhed. Den definerer også åbningen af loddemasken. Boardets tykkelse og de materialer, der bruges til at skabe hvert lag, påvirker boardets stivhed. Generelt er et pad-to-device-forhold på 1:1 optimalt.

Testmetoder til karakterisering af revner i pcb-harpiksmaterialer

Der findes forskellige testmetoder til at karakterisere PCB-resinmaterialers ydeevne under SMTP-behandling. Disse omfatter elektrisk karakterisering, ikke-destruktive metoder og test af fysiske egenskaber. I nogle tilfælde kan en kombination af disse tests bruges til at opdage pad cratering.

En testmetode til at identificere revner er at måle afstanden mellem stifterne. Typisk er 0,004 tommer acceptabelt for perifere pakker, og 0,008 tommer er acceptabelt for BGA-pakker. En anden testmetode til at karakterisere PCB-harpiksmateriale er at måle den termiske udvidelseskoefficient. Denne koefficient udtrykkes som ppm/grad Celsius.

En anden metode er flip chip-teknikken. Denne proces gør det muligt at fremstille flip chip BGA-substrater med høj densitet. Den bruges i vid udstrækning til avanceret IC-emballage. Flip chip-processen kræver en finish af høj kvalitet, som er ensartet og fri for urenheder for at kunne loddes. Det opnås typisk ved kemisk nikkelbelægning over kobberpuden og et tyndt lag nedsænket guld. Tykkelsen af ENIG-laget afhænger af PCB-samlingens levetid, men den er normalt omkring 5 um for nikkel og 0,05 um for guld.