Przyczyny pękania materiału żywicy PCB pod podkładkami BGA podczas przetwarzania SMTP

Pękanie materiału żywicy PCB występuje z powodu obecności uwięzionej wilgoci. Powodem tego jest wysoka temperatura lutowania, która powoduje wzrost ciśnienia pary. Pęknięcia mogą również wystąpić, ponieważ rozszerzalność cieplna płytki powoduje zmianę odstępów między padami BGA. Aby zmniejszyć ryzyko tego typu usterek, można zastosować alternatywne wykończenia padów, co zmniejsza wpływ termiczny na sąsiednie pakiety.

Uwięziona wilgoć powoduje pęknięcia materiału żywicy PCB

Uwięziona wilgoć może powodować szeroki zakres uszkodzeń PCB, w tym rozwarstwienie, powstawanie pęcherzy i migrację metalu. Może również zmienić stałą dielektryczną i współczynnik rozpraszania, zmniejszając szybkość przełączania obwodu. Wilgoć zwiększa również poziom naprężeń w różnych elementach PCB, w tym w miedzi i polach bga. Może również prowadzić do utleniania na powierzchniach miedzianych, co zmniejsza zwilżalność wykończeń. Dodatkowo może zwiększać występowanie zwarć i przerw elektrycznych. Jest to szczególnie problematyczne, ponieważ produkcja PCB obejmuje wiele etapów, które wymagają użycia wody.

Podczas przetwarzania smt, uwięziona wilgoć może powodować pęknięcia w materiale żywicy PCB. Z tego powodu producenci PCB powinni zwracać uwagę na rozmiar otworu maski lutowniczej. Rozmiar powinien być mniejszy niż pożądany obszar powierzchni. Jeśli obszar padu SMD jest zbyt duży, trudno będzie poprowadzić kulkę lutowniczą.

Temperatury lutowania rozpływowego zwiększają ciśnienie pary

Różne czynniki mogą wpływać na wypaczenia pakietów podczas lutowania BGA. Obejmują one preferencyjne ogrzewanie, efekty cienia i powierzchnie o wysokim współczynniku odbicia. Na szczęście procesy rozpływowe z wymuszoną konwekcją mogą zredukować te efekty.

Wysoka temperatura rozpływu może prowadzić do pogorszenia stanu wypustki lutowniczej. Wzrost temperatury może prowadzić do zmniejszenia wysokości złącza lutowniczego, w wyniku czego odstęp lutowniczy jest mniejszy niż pierwotna wysokość wypustu lutowniczego.

Kształt podkładki mocującej jest również ważnym czynnikiem wpływającym na wytrzymałość połączenia lutowanego. Zaleca się stosowanie większych, szerszych padów niż mniejszych. Zwiększona powierzchnia zwiększa ryzyko pęknięcia.

Lepki strumień zmniejsza wpływ termiczny na sąsiednie pakiety

Tacky flux to termoutwardzalny materiał stosowany podczas montażu układów scalonych i pakietów flip chip. Jego skład składa się z reaktywnych substancji chemicznych, które są rozpuszczane w materiale wypełniającym podczas ogrzewania rozpływowego. Po utwardzeniu, lepki topnik staje się częścią struktury netto końcowego pakietu.

Topniki, będące chemicznymi środkami zwilżającymi, ułatwiają proces lutowania poprzez zmniejszenie napięcia powierzchniowego stopionego lutowia, umożliwiając jego swobodniejszy przepływ. Mogą być nakładane przez zanurzanie, drukowanie lub przenoszenie za pomocą szpilek. W wielu przypadkach są one kompatybilne z wypełniaczami epoksydowymi. Umożliwia to zmniejszenie wpływu termicznego sąsiednich pakietów podczas przetwarzania smt.

Użycie lepkiego topnika zmniejsza wpływ termiczny na sąsiednie pakiety podczas lutowania. Metoda ta ma jednak pewne ograniczenia. Kilka czynników może spowodować awarię topnika. Zanieczyszczenia w topniku mogą zakłócać proces lutowania, osłabiając połączenie lutowane. Ponadto wymaga kosztownego sprzętu do prawidłowego oczyszczenia pasty lutowniczej przed lutowaniem.

Alternatywne wykończenia podkładek

Na propagację pęknięć na płytce PCB może mieć wpływ zastosowane wykończenie padów. Opracowano różne metody rozwiązania tego problemu. Jedną z nich jest zastosowanie organicznego środka konserwującego lutowność. Środek ten skutecznie zapobiega utlenianiu padów. Ponadto pomaga utrzymać jakość połączenia lutowanego.

Geometria padów określa sztywność płytki. Określa ona również otwór maski lutowniczej. Grubość płytki i materiały użyte do stworzenia każdej warstwy wpływają na sztywność płytki. Ogólnie rzecz biorąc, optymalny stosunek padów do urządzeń wynosi 1:1.

Metody testowe charakteryzujące pękanie materiału żywicy pcb

Dostępne są różne metody testowania w celu scharakteryzowania wydajności materiałów żywicznych PCB podczas przetwarzania SMTP. Obejmują one charakterystykę elektryczną, metody nieniszczące i testy właściwości fizycznych. W niektórych przypadkach, kombinacja tych testów może być wykorzystana do wykrycia kraterowania padów.

Jedną z metod identyfikacji pęknięć jest pomiar odległości między pinami. Zazwyczaj 0,004 cala jest dopuszczalne dla pakietów peryferyjnych, a 0,008 cala jest dopuszczalne dla pakietów BGA. Inną metodą testową do scharakteryzowania materiału żywicy PCB jest pomiar współczynnika rozszerzalności cieplnej. Współczynnik ten jest wyrażany jako ppm/stopień Celsjusza.

Inną metodą jest technika flip chip. Proces ten umożliwia wytwarzanie podłoży BGA typu flip chip o wysokiej gęstości. Jest on szeroko stosowany w zaawansowanych opakowaniach układów scalonych. Proces flip chip wymaga wysokiej jakości wykończenia, które jest jednolite i wolne od zanieczyszczeń w celu zapewnienia lutowności. Zazwyczaj uzyskuje się je poprzez bezprądowe niklowanie miedzianej podkładki i cienką warstwę złota zanurzeniowego. Grubość warstwy ENIG zależy od żywotności zespołu PCB, ale zwykle wynosi około 5 um dla niklu i 0,05 um dla złota.