Il Ball Grid Array (BGA) è una delle tecnologie di packaging più diffuse al giorno d'oggi. È caratterizzato da un elevato numero di pin, dimensioni ridotte e buone prestazioni elettriche. Tuttavia, questa tecnologia presenta anche una sfida importante: il controllo di qualità della saldatura. Normalmente, applichiamo Ispezioni radiografiche per rilevare problemi di saldatura BGA e, in questo processo, ci siamo imbattuti in alcuni problemi comuni. In questo articolo, li analizzeremo uno per uno, analizzandone le cause e, soprattutto, come evitarli.
6 problemi comuni nella saldatura BGA
Ponticello a sfere di saldatura
Ponticello di sfere di saldatura Si verifica quando sfere di saldatura adiacenti si collegano tra loro, creando un cortocircuito indesiderato. È uno dei problemi più frequenti e, allo stesso tempo, causa notevoli difficoltà durante l'assemblaggio di componenti BGA. Le principali cause del ponte tra sfere di saldatura includono un'eccessiva quantità di pasta saldante, metodi di stampaggio errati della pasta saldante, un posizionamento improprio dei componenti e profili non corretti durante il processo di rifusione.
Sfere di saldatura mancanti
Le sfere di saldatura mancanti si riferiscono all'assenza o allo spostamento involontario delle sfere di saldatura da un Pacchetto BGA, che causa un collegamento elettrico improprio e persino un'interruzione di corrente. Questo difetto è facile da identificare ed è più evidente durante l'ispezione a raggi X dell'array BGA. Possibili cause della mancanza di sfere di saldatura sono l'affaticamento termico, la scarsa qualità della lega di saldatura o di altri materiali utilizzati, il posizionamento errato delle sfere e la fuoriuscita di sfere di saldatura attraverso i fori di via del circuito stampato.
Difetto della testa nel cuscino
La testa nel cuscino è un tipo di problema di connessione parziale in cui la sfera di saldatura non si lega completamente con il Piazzola per PCB, che appare come una testa appoggiata su un cuscino in una vista in sezione trasversale. Questo difetto è generalmente attribuito alla deformazione del packager BGA o del PCB, all'ossidazione delle sfere o dei pad di saldatura, alla temperatura o al tempo di rifusione, o a entrambi.
Vuoti nei giunti di saldatura
Un altro problema comune nella saldatura BGA sono i vuoti nei giunti di saldatura, ovvero sacche d'aria o cavità all'interno del giunto di saldatura che, se di grandi dimensioni, rappresentano una minaccia per l'affidabilità del giunto stesso. Sebbene un certo grado di vuoti sia considerato ammissibile, rappresenta un problema quando supera i limiti consentiti. Tra le cause di tali problemi figurano il degassamento dal PCB o da altri componenti, l'intrappolamento del flusso e/o un profilo errato nell'utilizzo del processo di rifusione.
Collasso della sfera di saldatura
Il collasso delle sfere di saldatura è uno dei tipici problemi di saldatura BGA, che riduce la distanza tra il BGA e il PCB del necessario. Questo può causare cortocircuiti e lofting meccanico. I principali fattori che possono causare il collasso delle sfere di saldatura sono la temperatura o il tempo eccessivi di rifusione, la quantità errata di pasta saldante utilizzata e la mancanza di supporto durante il processo di rifusione.
Spostamento della sfera di saldatura
Lo spostamento delle sfere di saldatura è la circostanza per cui le sfere di saldatura del BGA si inclinano in una direzione definita, con conseguente allineamento incompleto tra le sfere e le piazzole del PCB. Sebbene questo difetto non influisca sulle prestazioni elettriche, per quanto ne sappiamo, può potenzialmente indebolire la stabilità della saldatura. Lo spostamento delle sfere di saldatura potrebbe essere dovuto a un disallineamento durante l'operazione di posizionamento e al movimento delle sfere di saldatura dovuto all'umidità; a un controllo inadeguato dell'espansione termica e a movimenti minimi; alla qualità del componente BGA; e a un layout e a dimensioni delle piazzole che potrebbero non essere stati progettati e abbinati correttamente in fase di progettazione.
Suggerimenti per evitare difetti di saldatura BGA
- Assicuratevi che la pasta saldante utilizzata sia fresca, che la pasta sia stata miscelata correttamente, che l'applicazione sia corretta e che i componenti siano posizionati correttamente.
- Per incapsulati in plastica PBGAsi consiglia di essiccare a 100°C per 6-8 ore prima della saldatura; è preferibile anche l'azoto.
- Il profilo della temperatura di rifusione è un altro aspetto importante. Quando si modifica la temperatura, assicurarsi che aumenti e diminuisca gradualmente, consentendo ai componenti di riscaldarsi uniformemente, in particolare durante il processo di saldatura. Nell'area di saldatura, tutti i giunti di saldatura devono essere completamente fusi. Se la temperatura non è sufficiente, giunti di saldatura a freddoPotrebbero verificarsi delle crepe, che causerebbero superfici ruvide del giunto o una fusione incompleta durante la seconda fase di collasso. Questo può creare delle crepe tra la pasta saldante depositata sulla superficie del PCB e la saldatura del componente, producendo giunti di saldatura di scarsa qualità o "freddi".
- Applicare una quantità adeguata di pasta saldante. La viscosità della pasta saldante aiuta a fissare temporaneamente i componenti e previene la formazione di ponti di saldatura durante la fase di fusione. Nel caso degli stencil BGA, la dimensione dell'apertura per i giunti di saldatura è solitamente compresa tra il 70 e l'80% della dimensione del pad e lo spessore dello stencil è solitamente di circa 0.15 mm (6 mil).
- Tutti i pad sul PCB devono essere progettati con le stesse dimensioni. Se sono presenti processi che richiedono la progettazione sotto i pad, è necessario selezionare il produttore di PCB appropriato. Le posizioni dei pad devono essere forate correttamente e i pad non devono essere ingranditi in alcun modo. Questo perché i via non possono essere forati troppo piccoli, il che comporta una maggiore quantità e altezza di saldatura dopo la saldatura di pad grandi e piccoli. Di conseguenza, potrebbero verificarsi connessioni deboli o aperte.
- Inoltre, durante il processo di produzione del PCB, è fondamentale tenere presente il problema della maschera di saldatura. Prima della saldatura BGA, assicurarsi che la maschera di saldatura che circonda i pad sia qualificata e che sui via sia applicato un film barriera.
Considerazioni finali
In questo articolo, elenchiamo alcuni tipici problemi di saldatura BGA e forniamo alcuni suggerimenti per evitarli. Implementando queste misure, i produttori possono ridurre significativamente i difetti di saldatura BGA e migliorare l'affidabilità complessiva del prodotto. Con la continua evoluzione del settore elettronico, affrontare questi problemi di saldatura BGA rimane un aspetto fondamentale del controllo qualità e dello sviluppo del prodotto.
