6 typische BGA-Lötprobleme und wie man sie vermeidet

Ball Grid Array (BGA) ist heutzutage eine der beliebtesten Verpackungstechnologien. Sie zeichnet sich durch hohe Pin-Anzahl, geringe Größe und gute elektrische Leistung aus. Diese Technologie bringt jedoch auch eine große Herausforderung mit sich: die Qualitätskontrolle beim Löten. Normalerweise verwenden wir Röntgeninspektionen Wir haben uns mit der Erkennung von BGA-Lötproblemen befasst. Dabei sind wir auf einige häufige BGA-Lötprobleme gestoßen. In diesem Artikel werden sie einzeln hinsichtlich ihrer Ursachen und vor allem ihrer Vermeidung erläutert.

6 häufige Probleme beim BGA-Löten

1. Lötkugelüberbrückung

Lötkugelüberbrückung Besteht die Situation, dass benachbarte Lötkugeln miteinander verbunden sind und unbeabsichtigt einen Kurzschluss verursachen. Dies ist eines der häufig auftretenden Probleme und verursacht gleichzeitig erhebliche Schwierigkeiten bei der BGA-Montage. Zu den Hauptursachen für Lötkugelbrücken zählen eine zu hohe Lötpastenzufuhr, falsche Lötpastendruckverfahren, falsche Positionierung der Bauteile und falsche Profile beim Reflow-Prozess.

2. Fehlende Lötkugeln

Fehlende Lötkugeln beziehen sich auf das unbeabsichtigte Fehlen oder Verschieben von Lötkugeln aus einem BGA-Paket, was zu fehlerhaften elektrischen Verbindungen und sogar zu Stromausfällen führen kann. Dieser Defekt ist leicht zu erkennen und wird bei der Röntgenprüfung des BGA-Arrays deutlicher. Mögliche Ursachen für fehlende Lötkugeln sind thermische Ermüdung, minderwertiges Lot oder andere verwendete Materialien, falsche Platzierung der Kugeln und durch die Durchkontaktierungen der Leiterplatte fließende Lötkugeln.

3. Kopf-im-Kissen-Defekt

Head-in-Pillow ist eine Art von teilweisem Verbindungsproblem, bei dem die Lötkugel nicht vollständig mit dem Leiterplattenpad, sieht im Querschnitt wie ein auf einem Kissen ruhender Kopf aus. Dieser Defekt wird im Allgemeinen auf eine Verformung des BGA-Gehäuses oder der Leiterplatte, eine Oxidation der Lötkugeln oder Lötpads, die Reflow-Temperatur oder -Zeit oder beides zurückgeführt.

4. Hohlräume in Lötstellen

Ein weiteres häufiges Problem beim BGA-Löten sind Lötstellen-Voids. Dabei handelt es sich um Lufteinschlüsse oder Hohlräume in der Lötstelle, die bei größeren Ausmaßen die Zuverlässigkeit der Verbindung gefährden. Obwohl ein gewisses Maß an Voids als zulässig gilt, ist eine Überschreitung der zulässigen Grenzwerte bedenklich. Ursachen für solche Probleme sind unter anderem Ausgasungen von der Leiterplatte oder anderen Bauteilen, eingeschlossenes Flussmittel und/oder ein falsches Profil beim Reflow-Prozess.

5. Lötkugelkollaps

Das Kollabieren von Lotkugeln ist ein typisches Problem beim BGA-Löten. Dadurch wird der Abstand zwischen BGA und Leiterplatte zu klein. Dies kann zu Kurzschlüssen und mechanischem Aufblähen führen. Die Hauptursachen für das Kollabieren von Lotkugeln sind zu hohe Temperaturen oder zu lange Reflow-Zeiten, die falsche Lotpastenmenge und fehlende Unterstützung während des Reflow-Prozesses.

6. Lötkugelverschiebung

Lotkugelverschiebung ist der Umstand, dass BGA-Lotkugeln in eine bestimmte Richtung kippen, was zu einer unvollständigen Ausrichtung zwischen den Kugeln und den PCB-Pads führt. Dieser Fehler beeinträchtigt zwar unseres Wissens nach nicht die elektrische Leistung, kann aber die Lötstabilität beeinträchtigen. Lotkugelverschiebung kann auf eine Fehlausrichtung beim Bestückungsvorgang, eine Bewegung der Lotkugel durch Feuchtigkeit, eine unzureichende Kontrolle der thermischen Ausdehnung und Kontraktion sowie winzige Bewegungen, die Qualität des BGA-Bauteils und die in der Designphase möglicherweise nicht optimal abgestimmte Anordnung und Dimensionierung der Pads zurückzuführen sein.

Vorschläge zur Vermeidung von BGA-Lötfehlern

• Stellen Sie sicher, dass die von Ihnen verwendete Lötpaste frisch ist, die Paste richtig gemischt ist, die Anwendung richtig ist und die Komponenten richtig platziert sind.
• Für kunststoffummantelte PBGA, empfiehlt sich vor dem Löten eine Trocknung bei 100°C für 6-8 Stunden, Stickstoff ist sogar vorzuziehen.
• Das Reflow-Temperaturprofil ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Achten Sie beim Ändern der Temperatur darauf, dass diese allmählich ansteigt und abfällt, damit die Bauteile, insbesondere während des Lötvorgangs, gleichmäßig erhitzt werden. Im Lötbereich sollten alle Lötstellen vollständig geschmolzen sein. Reicht die Temperatur nicht aus, kalte LötstellenEs kann zu Rissen kommen, die zu rauen Oberflächen der Verbindung oder einer unvollständigen Verschmelzung während der zweiten Kollapsphase führen. Dadurch können Risse zwischen der auf der Leiterplattenoberfläche aufgetragenen Lötpaste und dem Lot auf dem Bauteil entstehen, was zu schlechten oder „kalten“ Lötverbindungen führt.
• Tragen Sie eine angemessene Menge Lötpaste auf. Die Viskosität der Lötpaste hilft, die Bauteile vorübergehend zu fixieren und verhindert die Bildung von Lötbrücken während des Schmelzens. Bei BGA-Schablonen beträgt die Öffnungsgröße für die Lötstellen üblicherweise 70–80 % der Padgröße, und die Schablonendicke beträgt üblicherweise etwa 0.15 mm (6 mil).
• Alle Pads auf der Leiterplatte sollten die gleiche Größe haben. Wenn Prozesse ein Design unter den Pads erfordern, sollte ein geeigneter Leiterplattenhersteller ausgewählt werden. Die Padpositionen sollten korrekt gebohrt und die Pads nicht vergrößert werden. Denn Vias dürfen nicht zu klein gebohrt werden, da dies zu einer zu großen Lotmenge und -höhe nach dem Löten großer und kleiner Pads führen kann. Dadurch können schwache oder offene Verbindungen entstehen.
• Darüber hinaus müssen wir während des PCB-Herstellungsprozesses das Problem der Lötmaske beachten. Stellen Sie vor dem BGA-Löten sicher, dass die Lötmaske um die Pads herum geeignet ist und dass auf den Vias eine Barrierefolie aufgebracht ist.

Fazit

In diesem Artikel listen wir einige typische BGA-Lötprobleme auf und geben Vorschläge zu deren Vermeidung. Durch die Umsetzung dieser Maßnahmen können Hersteller BGA-Lötfehler deutlich reduzieren und die Produktzuverlässigkeit insgesamt verbessern. Da sich die Elektronikindustrie ständig weiterentwickelt, bleibt die Behebung dieser BGA-Lötprobleme ein entscheidender Aspekt der Qualitätskontrolle und Produktentwicklung.