Ball Grid Array (BGA) to jedna z najpopularniejszych obecnie technologii pakowania. Charakteryzuje się dużą liczbą pinów, niewielkim rozmiarem i dobrą wydajnością elektryczną. Jednak technologia ta niesie ze sobą również duże wyzwanie: kontrolę jakości lutowania. Zwykle stosujemy Badania rentgenowskie do wykrywania problemów z lutowaniem BGA i w tym procesie natknęliśmy się na kilka typowych problemów z lutowaniem BGA. W tym artykule zostaną one omówione jeden po drugim pod kątem ich przyczyn; i co ważniejsze, jak ich uniknąć.
6 typowych problemów z lutowaniem BGA
Mostkowanie kulką lutowniczą
Mostkowanie kulką lutowniczą jest sytuacją, w której sąsiadujące kulki lutownicze są połączone ze sobą, powodując niezamierzone zwarcie. Jest to jeden z problemów, który często występuje i jednocześnie powoduje wiele kłopotów podczas montażu BGA. Główne przyczyny mostkowania kulek lutowniczych obejmują bogate zapasy pasty lutowniczej, niewłaściwe metody drukowania pasty lutowniczej, niewłaściwe pozycjonowanie komponentów i niewłaściwe profile podczas procesu reflow.
Brakujące kulki lutownicze
Brakujące kulki lutownicze oznaczają niezamierzoną nieobecność lub przemieszczenie kulek lutowniczych Pakiet BGA, co powoduje nieprawidłowe połączenie elektryczne, a nawet awarię zasilania. Wada ta jest łatwa do zidentyfikowania i jest bardziej widoczna podczas kontroli rentgenowskiej układu BGA. Możliwe przyczyny braku kulek lutowniczych to zmęczenie cieplne, niska jakość lutu lub innych użytych materiałów, niewłaściwe umieszczenie kulek i przepływ kulek lutowniczych przez otwory przelotowe płytki drukowanej.
Wada głowy w poduszce
Głowica w poduszce to rodzaj częściowego problemu z połączeniem, w którym kulka lutownicza nie łączy się całkowicie z Podkładka PCB, wyglądające jak głowa spoczywająca na poduszce w widoku przekroju poprzecznego. Ta wada jest zazwyczaj przypisywana odkształceniu układu BGA lub PCB, utlenianiu kulek lutowniczych lub padów, temperaturze lub czasowi reflow, lub obu.
Pustki w połączeniach lutowanych
Innym powszechnym problemem lutowania BGA są puste przestrzenie w spoinach lutowniczych, które odnoszą się do kieszeni powietrznych lub wnęk w spoinie lutowniczej, które, gdy są duże, stanowią zagrożenie dla niezawodności połączenia. Nawet jeśli pewien stopień pustek jest uważany za dopuszczalny, stanowi on problem, gdy przekracza dozwolone limity. Przyczyny powodujące takie problemy obejmują odgazowywanie z PCB lub innych części, uwięziony topnik i/lub nieprawidłowy profil w zastosowaniu procesu reflow.
Zapadnięcie się kuli lutowniczej
Zapadnięcie się kulki lutowniczej jest jednym z typowych problemów lutowania BGA, który sprawia, że odległość między BGA a PCB jest mniejsza niż to konieczne. Może to powodować możliwe zwarcie i mechaniczne wybrzuszenie. Głównymi czynnikami, które mogą prowadzić do zapadnięcia się kulek lutowniczych, są nadmierna temperatura lub czas reflow, niewłaściwa ilość użytej pasty lutowniczej i brak wsparcia w procesie reflow.
Przesunięcie kulki lutowniczej
Przesunięcie kulki lutowniczej to okoliczność, w której kulki lutownicze BGA przechylają się w określonym kierunku, co skutkuje niepełnym wyrównaniem między kulkami a padami PCB. Chociaż ta wada nie wpływa na wydajność elektryczną, o ile nam wiadomo, może potencjalnie osłabić stabilność lutowania. Przesunięcie kulki lutowniczej może być spowodowane nieprawidłowym wyrównaniem podczas operacji umieszczania i ruchem kulki lutowniczej z powodu wilgoci; niewystarczającą kontrolą rozszerzalności cieplnej i skurczu; jakością części BGA; oraz układem i wymiarami padów, które mogły nie zostać dobrze zaprojektowane i dopasowane na etapie projektowania.
Sugestie, jak uniknąć wad lutowania BGA
- Upewnij się, że używana pasta lutownicza jest świeża, dobrze wymieszana, nałożona prawidłowo i elementy prawidłowo umieszczone.
- Do kapsułek plastikowych PBGA, zaleca się suszenie w temperaturze 100°C przez 6-8 godzin przed lutowaniem; preferowane jest również suszenie azotem.
- Kolejną ważną rzeczą jest profil temperatury reflow. Podczas zmiany temperatury upewnij się, że wzrasta i spada stopniowo, umożliwiając równomierne nagrzewanie się elementów, szczególnie podczas procesu lutowania. W obszarze lutowania wszystkie spoiny lutownicze powinny być całkowicie stopione. Jeśli temperatura nie jest wystarczająca, połączenia lutowane na zimnomoże wystąpić, co może skutkować chropowatymi powierzchniami połączenia lub niepełnym połączeniem podczas drugiego etapu zapadania się. Może to powodować pęknięcia między pastą lutowniczą osadzoną na powierzchni PCB a lutem na komponencie, powodując słabe lub „zimne” połączenia lutownicze.
- Nałóż odpowiednią ilość pasty lutowniczej. Lepkość pasty lutowniczej pomaga tymczasowo naprawić komponenty i zapobiega tworzeniu się mostków lutowniczych podczas etapu topienia. W przypadku szablonów BGA, rozmiar otworu dla połączeń lutowniczych wynosi zwykle od 70 do 80% rozmiaru padu, a grubość szablonu wynosi zwykle około 0.15 mm (6 mil).
- Wszystkie pady na PCB powinny być zaprojektowane w tym samym rozmiarze. Jeśli istnieją procesy wymagające zaprojektowania pod padami, należy wybrać odpowiedniego producenta PCB. Pozycje padów powinny być odpowiednio wywiercone, a pady nie powinny być w żaden sposób powiększane. Wynika to z faktu, że przelotki nie mogą być wywiercone zbyt małe, co prowadzi do ilości i wysokości lutu po lutowaniu dużych i małych padów. W rezultacie mogą wystąpić słabe lub otwarte połączenia.
- Ponadto, podczas procesu produkcji PCB, musimy zwrócić uwagę na problem maski lutowniczej. Przed lutowaniem BGA, upewnij się, że maska lutownicza otaczająca pady jest kwalifikowana i że na przelotkach jest nałożona warstwa barierowa.
Uwagi końcowe
W tym artykule wymieniamy kilka typowych problemów z lutowaniem BGA i podajemy kilka sugestii, jak ich uniknąć. Wdrażając te środki, producenci mogą znacznie zmniejszyć wady lutowania BGA i poprawić ogólną niezawodność produktu. W miarę rozwoju branży elektronicznej rozwiązywanie tych problemów z lutowaniem BGA pozostaje krytycznym aspektem kontroli jakości i rozwoju produktu.
