SMTP処理中にBGAパッド下のPCB樹脂材料が割れる理由

PCB樹脂材料のクラックは、封じ込められた水分の存在によって発生する。この原因は、はんだ付け温度が高いために蒸気圧が上昇することです。また、基板の熱膨張によってBGAパッド間の間隔が変化することでもクラックが発生することがあります。この種の障害のリスクを軽減するには、代替パッド仕上げを使用することで、隣接するパッケージへの熱影響を軽減することができます。

水分の巻き込みがプリント基板樹脂材料のクラックを引き起こす

こもった水分は、層間剥離、ブリスター、メタルマイグレーションなど、プリント基板のさまざまな故障の原因となります。また、誘電率や誘電正接を変化させ、回路のスイッチング速度を低下させます。湿気はまた、銅やBGAパッドを含む様々なPCB機能のストレスレベルを増加させます。また、銅表面の酸化につながり、仕上げの濡れ性を低下させます。さらに、電気的なショートやオープンの発生を増加させます。PCB製造には水を使用する工程が多いため、これは特に問題となります。

SMT加工中、巻き込まれた水分がPCB樹脂材料にクラックを発生させることがある。このため、PCBメーカーはソルダーマスクの開口部のサイズに注意を払う必要がある。そのサイズは、希望するランド面積よりも小さくする必要があります。SMDのパッド面積が大きすぎると、はんだボールを配線するのが難しくなります。

リフローはんだ付け温度による蒸気圧の上昇

BGAはんだ付け時のパッケージ反りには、さまざまな要因が影響します。これには、優先加熱、影の効果、反射率の高い表面などがあります。幸いなことに、強制対流リフロープロセスはこれらの影響を軽減することができます。

リフロー温度が高いと、はんだバンプの劣化につながります。温度の上昇は、はんだ接合部の高さの減少につながり、その結果、はんだバンプの元の高さよりも小さいはんだスタンドオフとなる可能性があります。

取り付けパッドの形状も、はんだ接合部の堅牢性を決定する重要な要素である。小さいパッドよりも大きくて幅の広いパッドを使用することをお勧めします。面積が大きくなると、クラックが発生する可能性が高まります。

粘着性フラックスにより、隣接パッケージへの熱影響を低減

タッキーフラックスは、チップスケールやフリップチップパッケージの組み立て時に使用される熱硬化性材料です。その組成は反応性化学物質で構成され、リフロー加熱中にアンダーフィル材に可溶化します。硬化後、タッキーフラックスは最終パッケージのネットワーク構造の一部となります。

化学的な湿潤剤であるフラックスは、溶融はんだの表面張力を低下させ、はんだがより自由に流れるようにすることで、はんだ付けプロセスを容易にします。浸漬、印刷、ピン転写などの方法がある。多くの場合、エポキシアンダーフィルと互換性があります。これにより、smt処理中に隣接するパッケージの熱影響を軽減することができます。

粘着性フラックスを使用することで、はんだ付けの際に隣接するパッケージへの熱影響が軽減される。しかし、この方法には限界がある。フラックスが故障する原因はいくつかあります。フラックス中の不純物ははんだ付けプロセスを妨害し、はんだ接合部を弱くします。さらに、はんだ付けの前にはんだペーストを適切に洗浄するには、高価な装置が必要になります。

代替パッド仕上げ

PCBのクラック伝播挙動は、使用されるパッド仕上げによって影響を受ける可能性がある。この問題を解決するために、さまざまな方法が開発されてきました。そのひとつが、有機はんだ防錆剤の使用です。この防腐剤はパッドの酸化に対して効果的です。さらに、はんだ接合部の品質維持にも役立ちます。

パッド形状は基板の剛性を決定する。また、ソルダーマスクの開口部も定義します。基板の厚さと各層を形成するために使用される材料は、基板の剛性に影響します。一般的に、パッドとデバイスの比率は1：1が最適です。

プリント基板樹脂材料のクラックを評価する試験方法

SMTP処理中のPCB樹脂材料の性能を評価するために、さまざまな試験方法が利用できる。これには、電気的特性評価、非破壊法、物理的特性試験などが含まれる。場合によっては、これらの試験を組み合わせてパッドのクレータリングを検出することもある。

クラックを特定する試験方法の一つは、ピン間の距離を測定することである。通常、ペリフェラルパッケージでは0.004インチ、BGAパッケージでは0.008インチが許容範囲である。PCB樹脂材料の特性を調べるもう一つの試験方法は、熱膨張係数を測定することである。この係数はppm/摂氏温度で表される。

もう一つの方法はフリップチップ技術である。このプロセスは、高密度フリップチップBGA基板の製造を可能にする。高度なICパッケージングに広く使用されています。フリップチッププロセスでは、はんだ付け性のために、均一で不純物のない高品質な仕上げが要求されます。これらは通常、銅パッド上の無電解ニッケルめっきと薄い無電解金めっき層によって達成されます。ENIG層の厚さはPCBアセンブリの寿命によって異なりますが、通常、ニッケルは約5μm、金は0.05μmです。