Razões para a fissuração do material de resina para PCB sob as almofadas BGA durante o processamento SMTP

A fissuração do material de resina para PCB ocorre devido à presença de humidade retida. A razão para isto é uma temperatura de soldadura elevada que resulta num aumento da pressão de vapor. As fissuras também podem ocorrer porque a expansão térmica da placa faz com que o espaçamento entre os blocos BGA se altere. Para reduzir o risco deste tipo de falha, podem ser utilizados acabamentos alternativos para as almofadas, o que reduz o impacto térmico nos pacotes adjacentes.

A humidade acumulada provoca fissuras no material de resina para PCB

A humidade acumulada pode causar uma vasta gama de falhas nas PCB, incluindo delaminação, formação de bolhas e migração de metais. Pode também alterar a constante dieléctrica e o fator de dissipação, reduzindo a velocidade de comutação do circuito. A humidade também aumenta os níveis de tensão em várias características da placa de circuito impresso, incluindo as almofadas de cobre e de bga. Pode também levar à oxidação das superfícies de cobre, o que reduz a molhabilidade dos acabamentos. Além disso, pode aumentar a ocorrência de curtos-circuitos e aberturas eléctricas. Isto é especialmente problemático porque o fabrico de PCB envolve muitos passos que implicam a utilização de água.

Durante o processamento do smt, a humidade aprisionada pode resultar em fissuras no material de resina do PCB. Por este motivo, os fabricantes de PCBs devem prestar atenção ao tamanho da abertura da máscara de solda. O tamanho deve ser mais pequeno do que a área de terra desejada. Se a área da almofada do SMD for demasiado grande, será difícil encaminhar a bola de solda.

As temperaturas de soldadura por refluxo aumentam a pressão de vapor

Vários factores podem influenciar o empeno da embalagem durante a soldadura BGA. Estes incluem aquecimento preferencial, efeitos de sombra e superfícies altamente reflectoras. Felizmente, os processos de refluxo por convecção forçada podem reduzir estes efeitos.

Uma temperatura de refluxo elevada pode levar a uma deterioração do ponto de solda. O aumento da temperatura pode levar a uma redução da altura da junta de solda, resultando num afastamento da solda que é menor do que a altura original do ponto de solda.

A forma da almofada de fixação é também um fator importante para determinar a robustez da junta de soldadura. Recomenda-se a utilização de almofadas maiores e mais largas do que as mais pequenas. O aumento da área aumenta a probabilidade de fissuração.

O fluxo pegajoso reduz o impacto térmico nas embalagens adjacentes

O fluxo adesivo é um material termoendurecível utilizado durante a montagem de pastilhas e de pacotes de pastilhas. A sua composição consiste em químicos reactivos, que são solubilizados no material de enchimento durante o aquecimento por refluxo. Uma vez curado, o fluxo pegajoso torna-se parte da estrutura de trabalho da rede da embalagem final.

Sendo um agente químico molhante, os fluxos facilitam o processo de soldadura reduzindo a tensão superficial da solda fundida, permitindo que esta flua mais livremente. Podem ser aplicados por imersão, impressão ou transferência de pinos. Em muitos casos, são compatíveis com o enchimento de epóxi. Isto permite-lhes reduzir o impacto térmico dos pacotes adjacentes durante o processamento de smt.

A utilização de fluxo pegajoso reduz o impacto térmico nos pacotes adjacentes durante a soldadura. No entanto, este método tem limitações. Vários factores podem causar a falha do fluxo. As impurezas no fluxo podem interferir com o processo de soldadura, tornando a junta de soldadura fraca. Além disso, é necessário equipamento dispendioso para limpar corretamente a pasta de solda antes da soldadura.

Acabamentos alternativos das almofadas

O comportamento de propagação de fendas de uma placa de circuito impresso pode ser afetado pelos acabamentos das almofadas utilizados. Foram desenvolvidos vários métodos para resolver este problema. Um desses métodos é a utilização de um conservante orgânico de soldabilidade. Este conservante é eficaz contra a oxidação das almofadas. Além disso, ajuda a manter a qualidade da junta de soldadura.

A geometria da almofada define a rigidez da placa. Define também a abertura da máscara de soldadura. A espessura da placa e os materiais utilizados para criar cada camada influenciam a rigidez da placa. Geralmente, a relação almofada/dispositivo de 1:1 é a ideal.

Métodos de ensaio para caraterizar a fissuração de materiais de resina para placas de circuito impresso

Estão disponíveis vários métodos de teste para caraterizar o desempenho dos materiais de resina para PCB durante o processamento SMTP. Estes incluem a caraterização eléctrica, métodos não destrutivos e testes de propriedades físicas. Em alguns casos, pode ser utilizada uma combinação destes testes para detetar a formação de crateras nas placas.

Um método de teste para identificar rachaduras é medir a distância entre os pinos. Normalmente, 0,004 polegada é aceitável para pacotes periféricos e 0,008 polegada é aceitável para pacotes BGA. Outro método de teste para caraterizar o material de resina de PCB é medir o coeficiente de expansão térmica. Este coeficiente é expresso em ppm/grau Celsius.

Outro método é a técnica de "flip chip". Este processo permite o fabrico de substratos BGA de alta densidade do tipo flip chip. É amplamente utilizado em embalagens avançadas de circuitos integrados. O processo flip chip requer acabamentos de alta qualidade que sejam uniformes e sem impurezas para a soldabilidade. Estes acabamentos são normalmente obtidos por niquelagem electrolítica sobre a almofada de cobre e uma fina camada de ouro de imersão. A espessura da camada ENIG depende do tempo de vida do conjunto de PCB, mas é normalmente de cerca de 5 um para o níquel e 0,05 um para o ouro.