Redenen voor het barsten van PCB-harsmateriaal onder BGA-pads tijdens SMTP-verwerking

Het barsten van PCB-harsmateriaal ontstaat door de aanwezigheid van ingesloten vocht. De reden hiervoor is een hoge soldeertemperatuur die resulteert in een verhoging van de dampdruk. De barsten kunnen ook ontstaan doordat de thermische uitzetting van de printplaat ervoor zorgt dat de afstand tussen de BGA-pads verandert. Om het risico op dit soort fouten te beperken, kunnen alternatieve padafwerkingen gebruikt worden, die de thermische impact op aangrenzende packages verminderen.

Opgesloten vocht veroorzaakt scheuren in pcb-harsmateriaal

Ingesloten vocht kan een groot aantal storingen aan PCB's veroorzaken, waaronder delaminatie, blaasvorming en metaalmigratie. Het kan ook de diëlektrische constante en dissipatiefactor veranderen, waardoor de schakelsnelheid afneemt. Vocht verhoogt ook de spanningsniveaus in verschillende PCB-elementen, zoals koper en bga-pads. Het kan ook leiden tot oxidatie op koperoppervlakken, waardoor de bevochtigbaarheid van afwerkingen afneemt. Bovendien kan het leiden tot meer kortsluitingen en openingen. Dit is vooral problematisch omdat PCB-fabricage veel stappen omvat waarbij water wordt gebruikt.

Tijdens de smt-verwerking kan ingesloten vocht leiden tot barsten in het PCB-harsmateriaal. Daarom moeten printplaatfabrikanten aandacht besteden aan de grootte van de soldeermaskeropening. De grootte moet kleiner zijn dan het gewenste landoppervlak. Als het landoppervlak van de SMD te groot is, wordt het moeilijk om de soldeerbal te geleiden.

Reflow-soldeertemperaturen verhogen dampdruk

Verschillende factoren kunnen vervorming van de verpakking beïnvloeden tijdens het BGA-solderen. Deze omvatten preferentiële verwarming, schaduweffecten en sterk reflecterende oppervlakken. Gelukkig kunnen reflowprocessen met geforceerde convectie deze effecten verminderen.

Een hoge reflowtemperatuur kan leiden tot een verslechtering van de soldeerbuil. De temperatuurstijging kan leiden tot een vermindering van de hoogte van de soldeerverbinding, wat resulteert in een soldeerafstand die kleiner is dan de oorspronkelijke hoogte van de soldeerbuil.

De vorm van het bevestigingspad is ook een belangrijke factor bij het bepalen van de stevigheid van de soldeerverbinding. Het is aan te raden om grotere, bredere pads te gebruiken dan kleinere. Het grotere oppervlak verhoogt de kans op barsten.

Kleverige flux vermindert thermische impact op aangrenzende pakketten

Tacky flux is een thermohardend materiaal dat gebruikt wordt tijdens de assemblage van chipschalen en flipchipverpakkingen. De samenstelling bestaat uit reactieve chemicaliën die tijdens reflowverwarming worden opgelost in het underfillmateriaal. Na uitharding wordt de tacky flux onderdeel van de netstructuur van het uiteindelijke pakket.

Vloeimiddelen zijn chemische bevochtigers die het soldeerproces vergemakkelijken door de oppervlaktespanning van gesmolten soldeer te verlagen, waardoor het vrijer kan stromen. Ze kunnen worden aangebracht door dompelen, drukken of overbrengen. In veel gevallen zijn ze compatibel met epoxy underfill. Hierdoor kunnen ze de thermische impact van aangrenzende pakketten tijdens het smt-proces verminderen.

Het gebruik van tacky flux vermindert de thermische impact op aangrenzende pakketten tijdens het solderen. Deze methode heeft echter beperkingen. Verschillende factoren kunnen ervoor zorgen dat de flux niet werkt. Onzuiverheden in de flux kunnen het soldeerproces verstoren, waardoor de soldeerverbinding zwak wordt. Bovendien is er dure apparatuur nodig om de soldeerpasta goed te reinigen voor het solderen.

Alternatieve padafwerkingen

Het scheurgedrag van een PCB kan beïnvloed worden door de gebruikte padafwerkingen. Er zijn verschillende methoden ontwikkeld om dit probleem op te lossen. Een van deze methoden is het gebruik van een organisch soldeerbaarheidsbewaarmiddel. Dit conserveringsmiddel is effectief tegen padoxidatie. Bovendien helpt het de kwaliteit van de soldeerverbinding te behouden.

De padgeometrie bepaalt de stijfheid van de printplaat. Ze bepaalt ook de opening van het soldeermasker. De dikte van de printplaat en de materialen die gebruikt worden om elke laag te maken, beïnvloeden de stijfheid van de printplaat. Over het algemeen is een pad-to-device ratio van 1:1 optimaal.

Testmethoden om het barsten van pcb-harsmateriaal te karakteriseren

Er zijn verschillende testmethoden beschikbaar om de prestaties van PCB-harsmaterialen tijdens SMTP-verwerking te karakteriseren. Deze omvatten elektrische karakterisering, niet-destructieve methoden en fysische eigenschappen testen. In sommige gevallen kan een combinatie van deze testen worden gebruikt om het crashen van de pad te detecteren.

Een testmethode om barsten te identificeren is het meten van de afstand tussen de pinnen. Gewoonlijk is 0,004 inch aanvaardbaar voor perifere pakketten en 0,008 inch voor BGA-pakketten. Een andere testmethode om PCB-harsmateriaal te karakteriseren is het meten van de thermische uitzettingscoëfficiënt. Deze coëfficiënt wordt uitgedrukt in ppm/graad Celsius.

Een andere methode is de flip chip techniek. Dit proces maakt het mogelijk om BGA-substraten met een hoge dichtheid te maken. Het wordt veel gebruikt in geavanceerde IC-verpakking. Het flip-chipproces vereist een afwerking van hoge kwaliteit die uniform en vrij van onzuiverheden is voor soldeerbaarheid. Dit wordt meestal bereikt door elektroless nikkel plating over het koperen pad en een dunne laag immersiegoud. De dikte van de ENIG-laag hangt af van de levensduur van de PCB-assemblage, maar is meestal ongeveer 5 um voor nikkel en 0,05 um voor goud.