Gründe für Risse im PCB-Harzmaterial unter BGA-Pads während der SMTP-Verarbeitung

Risse im Leiterplattenharzmaterial entstehen durch das Vorhandensein von eingeschlossener Feuchtigkeit. Der Grund dafür ist eine hohe Löttemperatur, die zu einem Anstieg des Dampfdrucks führt. Die Risse können auch entstehen, weil sich durch die thermische Ausdehnung der Leiterplatte der Abstand zwischen den BGA-Pads verändert. Um das Risiko dieser Art von Fehlern zu verringern, können alternative Pad-Beschichtungen verwendet werden, die die thermischen Auswirkungen auf benachbarte Gehäuse reduzieren.

Eingeschlossene Feuchtigkeit verursacht Risse im Leiterplattenharzmaterial

Eingeschlossene Feuchtigkeit kann eine Vielzahl von Leiterplattenfehlern verursachen, darunter Delamination, Blasenbildung und Metallmigration. Sie kann auch die Dielektrizitätskonstante und den Verlustfaktor verändern und so die Schaltgeschwindigkeit von Schaltungen verringern. Feuchtigkeit erhöht auch die Spannungen in verschiedenen PCB-Merkmalen, einschließlich Kupfer- und BGA-Pads. Sie kann auch zu Oxidation auf Kupferoberflächen führen, was die Benetzbarkeit von Oberflächen verringert. Außerdem kann sie das Auftreten von elektrischen Kurzschlüssen und Unterbrechungen erhöhen. Dies ist besonders problematisch, da bei der Herstellung von Leiterplatten viele Schritte mit Wasser durchgeführt werden.

Bei der SMT-Verarbeitung kann eingeschlossene Feuchtigkeit zu Rissen im PCB-Harzmaterial führen. Aus diesem Grund sollten Leiterplattenhersteller auf die Größe der Lötmaskenöffnung achten. Die Größe sollte kleiner sein als die gewünschte Landfläche. Wenn die Fläche des SMD-Pads zu groß ist, wird es schwierig, die Lötkugel zu führen.

Reflow-Löttemperaturen erhöhen den Dampfdruck

Verschiedene Faktoren können den Gehäuseverzug beim BGA-Löten beeinflussen. Dazu gehören bevorzugte Erwärmung, Schatteneffekte und stark reflektierende Oberflächen. Glücklicherweise können erzwungene Konvektions-Reflow-Prozesse diese Effekte reduzieren.

Eine hohe Reflow-Temperatur kann zu einer Verschlechterung des Lötstopps führen. Der Temperaturanstieg kann zu einer Verringerung der Lötstellenhöhe führen, was einen Lötabstand zur Folge hat, der kleiner ist als die ursprüngliche Höhe des Lötstopps.

Die Form des Befestigungspads ist ebenfalls ein wichtiger Faktor für die Robustheit der Lötstelle. Es wird empfohlen, größere, breitere Pads zu verwenden als kleinere. Die vergrößerte Fläche erhöht die Wahrscheinlichkeit von Rissen.

Klebriges Flussmittel reduziert die thermische Beeinflussung benachbarter Pakete

Klebriges Flussmittel ist ein wärmehärtbares Material, das bei der Montage von Chip-Scale- und Flip-Chip-Gehäusen verwendet wird. Seine Zusammensetzung besteht aus reaktiven Chemikalien, die während der Reflow-Erhitzung im Underfill-Material gelöst werden. Nach dem Aushärten wird das klebrige Flussmittel Teil der Netzstruktur des endgültigen Gehäuses.

Flussmittel sind chemische Benetzungsmittel, die den Lötprozess erleichtern, indem sie die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots verringern, so dass es besser fließen kann. Sie können durch Eintauchen, Aufdrucken oder Aufstecken aufgetragen werden. In vielen Fällen sind sie mit Epoxid-Füllstoffen kompatibel. Dadurch können sie die thermischen Auswirkungen benachbarter Gehäuse während der SMT-Verarbeitung verringern.

Die Verwendung von klebrigem Flussmittel verringert die thermischen Auswirkungen auf benachbarte Gehäuse während des Lötens. Diese Methode hat jedoch ihre Grenzen. Mehrere Faktoren können zum Versagen des Flussmittels führen. Verunreinigungen im Flussmittel können den Lötprozess stören und die Lötstelle schwach machen. Außerdem ist eine kostspielige Ausrüstung erforderlich, um die Lötpaste vor dem Löten ordnungsgemäß zu reinigen.

Alternative Polsterausführungen

Das Rissausbreitungsverhalten einer Leiterplatte kann durch die verwendeten Pad-Oberflächen beeinflusst werden. Es wurden verschiedene Methoden entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Eine dieser Methoden ist die Verwendung eines organischen Lötbarkeitskonservierungsmittels. Dieses Konservierungsmittel ist wirksam gegen die Oxidation der Lötaugen. Außerdem hilft es, die Qualität der Lötstellen zu erhalten.

Die Pad-Geometrie bestimmt die Steifigkeit der Leiterplatte. Sie bestimmt auch die Öffnung der Lötmaske. Die Dicke der Leiterplatte und die zur Herstellung der einzelnen Schichten verwendeten Materialien beeinflussen die Steifigkeit der Leiterplatte. Im Allgemeinen ist ein Pad-zu-Bauteil-Verhältnis von 1:1 optimal.

Testmethoden zur Charakterisierung der Rissbildung von Leiterplattenharzmaterial

Es gibt verschiedene Testmethoden, um die Leistung von PCB-Harzmaterialien während der SMTP-Verarbeitung zu charakterisieren. Dazu gehören die elektrische Charakterisierung, zerstörungsfreie Methoden und Tests der physikalischen Eigenschaften. In einigen Fällen kann eine Kombination dieser Tests verwendet werden, um Pad-Krater zu erkennen.

Eine Testmethode zur Feststellung von Rissen ist die Messung des Abstands zwischen den Stiften. Normalerweise sind 0,004 Zoll für periphere Gehäuse und 0,008 Zoll für BGA-Gehäuse akzeptabel. Eine weitere Testmethode zur Charakterisierung von PCB-Harzmaterial ist die Messung des Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dieser Koeffizient wird in ppm/Grad Celsius angegeben.

Eine weitere Methode ist die Flip-Chip-Technik. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von Flip-Chip-BGA-Substraten mit hoher Dichte. Es wird häufig in der modernen IC-Verpackung eingesetzt. Das Flip-Chip-Verfahren erfordert hochwertige Oberflächen, die gleichmäßig und frei von Verunreinigungen sind, um die Lötbarkeit zu gewährleisten. Dies wird in der Regel durch stromloses Vernickeln des Kupferpads und eine dünne Tauchgoldschicht erreicht. Die Dicke der ENIG-Schicht hängt von der Lebensdauer der Leiterplattenbaugruppe ab, beträgt aber in der Regel etwa 5 um für Nickel und 0,05 um für Gold.