Les produits électroniques modernes évoluent vers des lignes fines et une ultra‑minceur, les composants électroniques utilisés devenant de plus en plus petits. De plus, un nombre croissant de composants électroniques avec un boîtier CI (circuit intégré) à pas fin sont assemblés sur des PCB (circuits imprimés), en particulier les composants BGA (ball grid array) et CSP (chip‑scale package). L’entraxe des composants est passée de 0,65 mm et 0,5 mm à 0,4 mm ou moins ; l’épaisseur des PCB de 1,6 mm et 1,2 mm à 1,0 mm, 0,8 mm ou 0,6 mm ou moins ; le nombre de couches des PCB de double face ou 8 couches à 12 couches, 18 couches ou plus ; le mode de montage BGA de montage simple àPOP (package on package)Tous les développements mentionnés ci-dessus ont mis à l’épreuve nos capacités de fabrication de PCB et de PCBA, parmi lesquelles, toutefois, la qualité de soudure des BGA constitue un élément clé, au point que des fissures de BGA ont tendance à apparaître dès qu’une étape reçoit une attention insuffisante ou qu’une mesure inappropriée est prise. L’emplacement le plus courant où des fissures se produisent sur les BGA est la liaison de soudure entre le plot et le dessous du plot. D’une manière générale, les fissures apparaissent le plus souvent aux quatre coins d’un composant BGA, puis sur ses quatre côtés, car ce sont les zones qui subissent le plus de contraintes.
Les raisons conduisant à l’apparition de fissures dans le brasage BGA seront expliquées dans les paragraphes suivants.
Faible qualité du PCB entraînant des fissures BGA
• T mal choisiget TddeMatériau de substrat PCB
Au cours du passage de la fabrication au plomb à la fabrication sans plomb, la température de refusion et de soudure à la vague doit être augmentée en raison des exigences d’assemblage de la technologie de montage en surface (SMT). Certaines personnes pensent simplement qu’il suffit d’utiliser un matériau de substrat avec un T élevégLa (température de transition vitreuse) est choisie pour la carte PCB. Ils pensent simplement qu’il est essentiel de gérer et de contrôler l’expansion selon l’axe Z. L’objectif principal est d’empêcher la délamination des circuits imprimés épais et des PCB à 14 couches ou plus, et d’empêcher l’apparition de fissures dans les PTH (trous métallisés) parce qu’une grande amplitude d’expansion selon l’axe Z du PCB tend à provoquer la rupture de la paroi des trous PTH pendant la refusion ou la soudure à la vague. Néanmoins, Tgne parvient pas à éliminer les fissures générées pendant le procédé sans plomb, à moins que Td(température de décomposition) est considérée comme résolvant totalement le problème de fissures des PCB. Trois niveaux de Tdsont réglementées dans l’IPC concernant le matériau de substrat PCB : 310 °C, 325 °C et 340 °C.
En conclusion, lors du processus de détermination du matériau du substrat, la température plus élevée Tget Tdsont, mieux c’est. Mais le coût de fabrication des PCB est une considération essentielle sur la base de laquelle le matériau de substrat avec un T acceptableget Tddevrait être récupéré.
• Teneur insuffisante en gel dans le préimprégné
Une teneur insuffisante en gel dans le préimprégné utilisé sur les couches externes et entre les couches internes a tendance à provoquer la formation de bulles sur le cuivre sous haute température.
• Sélection inappropriée du profil en cuivre
En général, le profil ordinaire est classé en trois catégories : profil standard, profil bas et profil très bas. Les profils standard ne contiennent aucune exigence concernant la feuille de cuivre, car l’adhérence est élevée, mais un profil trop élevé tend à provoquer une mauvaise gravure, ce qui réduit davantage la stabilité de la largeur de ligne et le contrôle de l’impédance. Le profil bas stipule que la spécification maximale de profil (Profile SPEC) est de 0,4 mil (10,2 μm). Jusqu’à présent, le profil bas a été adopté par la plupart des fabricants de PCB. Le profil très bas stipule que la spécification maximale de profil (Profile SPEC) est de 0,2 mil (5,1 μm), qui est généralement utilisée uniquement dans la fabrication de PCB avec des exigences particulières de lignes fines, telles qu’une largeur de piste de 2 mil.
• Stratification de PCB de faible performance
Chaque fois qu’un laminage de PCB de faible qualité a lieu, un mélanisme ou un brunissement insuffisant entraînera une mauvaise adhérence.
• Développement insuffisant du vernis épargne ou finition de surface de faible qualité
Faiblement performantmasque de soudureen développement ouétat de surfaceentraînera des défauts de soudure. Par exemple, l’oxydation de surface a tendance à se produire lorsque le film OSP est trop épais ou trop mince, subit un prétraitement inadapté ou est soumis à un temps de stockage trop long.
• Taille de pastille BGA trop petite
Au cours de la phase de conception, lorsque la taille du plot BGA est trop petite, cela peut se produire en raison d’un sur-gravure ou de l’absence de valeur de compensation du facteur de gravure.
Matériau entrant non fiable et disposition du BGA
• Lorsque l’expansion de l’axe Z du substrat du matériau BGA entrant est trop importante, la résistance au pelage sera faible et Tdsera trop faible, ce qui peut dans les deux cas entraîner des fissures de l’étain.
• L’emballage sous vide n’est pas mis en œuvre après le contrôle qualité à la réception (IQC), l’emballage sous vide subit des ruptures avant la cuisson ou le BGA reste adhéré à la surface de la carte pendant plus de deux heures avant la soudure, ce qui entraîne dans tous les cas une mauvaise soudure.
• Lors de la conception du BGA, la taille de ses pastilles ne doit jamais être trop petite et ne doit jamais être inférieure à la moitié du pitch du BGA moins 2 mil, sauf pour les pastilles utilisées dans des situations particulières. De plus, les pastilles situées aux quatre coins du BGA doivent être plus grandes de 1 mil que les autres pastilles en termes de taille.
• Il est préférable de concevoir les quatre coins du BGA en SMD (solder mask define), car l’agrandissement de la base du BGA et la présence d’un vernis épargne autour du pad amélioreront considérablement la résistance du pad à la fissuration. Comme la soudure définie par le vernis épargne est utilisée, la brasure ne peut recouvrir que la surface, en négligeant les côtés, ce qui entraîne une résistance de la liaison de soudure inférieure à celle d’une soudure définie par le cuivre.
• Le PCB avec un traitement de surface ENIG appliqué provoque plus facilement des fissures au niveau des connexions de soudure BGA. L’ENIG ne peut jamais être utilisé sur un BGA dont le pad est inférieur de 11 mil, et l’OSP est plus approprié.
Contrôle de procédé insuffisant ou mauvaise condition d’assemblage
• Lors de la phase de conception du pochoir, les quatre coins et chaque côté du composant BGA doivent être de 1 mil à 2 mil plus grands que ceux du pad. La taille des ouvertures du pochoir doit être conçue en fonction des spécifications des composants BGA, y compris le pas, les billes de soudure sur le BGA et la composition des billes de soudure.
• Au cours du processus d’impression, le pion de support ne doit pas être en contact avec le BGA afin d’éviter les faux soudures et l’effet « oreiller » dus à la contamination des pastilles du BGA. En outre, une attention toute particulière doit être portée à la pression de la racle d’impression et au contrôle de la qualité de l’impression.
• Les positions des tranches pour la prise des BGA, le réglage de l’épaisseur des composants et la force de pression de la prise doivent être particulièrement pris en compte lors de l’étape de montage.
• Il existe davantage de risques de fissures pendant le refusion IR et une attention particulière doit être portée :
a. Lors du processus de fabrication de circuits imprimés double face, il faut prendre en compte le degré de déformation du PCB. Des gabarits peuvent être utilisés pendant la refusion, et le matériau des gabarits doit être soigneusement étudié en raison de son éventuel retrait dû aux hautes températures et au refroidissement.
b. Les composants BGA entrants doivent être soigneusement inspectés afin de vérifier si un affaissement se produit sur les billes de soudure. De plus, il faut contrôler la composition de l’alliage des billes de soudure et la compatibilité entre l’expansion selon l’axe Z du matériau du substrat du BGA et celle du circuit imprimé (PCB).
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