I prodotti di elettronica moderna si sono evoluti verso linee fini e un’estrema sottigliezza, con componenti elettronici applicati sempre più piccoli. Inoltre, un numero sempre maggiore di componenti elettronici con package IC (circuito integrato) a passo fine è stato assemblato su PCB (circuiti stampati), in particolare componenti BGA (ball grid array) e CSP (chip-scale package). Il passo dei componenti è passato da 0,65 mm e 0,5 mm a 0,4 mm o meno; lo spessore dei PCB da 1,6 mm e 1,2 mm a 1,0 mm, 0,8 mm o 0,6 mm o meno; il numero di strati dei PCB da doppia faccia o 8 strati a 12 strati, 18 strati o più; la modalità di montaggio BGA da montaggio singolo aPOP (package on package)Tutti gli sviluppi menzionati sopra hanno messo alla prova le nostre capacità di produzione di PCB e di assemblaggio PCBA; tra queste, tuttavia, la qualità di saldatura dei BGA è un elemento così fondamentale che le cricche nei BGA tendono a verificarsi non appena una fase del processo riceve un’attenzione insufficiente o viene adottata una misura inadeguata. Il punto più comune in cui si formano cricche sui BGA è il giunto di saldatura tra il pad e la parte inferiore del pad. In generale, le cricche si verificano più frequentemente ai quattro angoli di un componente BGA e poi sui suoi quattro lati, poiché sono le zone sottoposte alle sollecitazioni maggiori.
Le ragioni che portano alla formazione di crepe nella saldatura BGA saranno spiegate nei paragrafi seguenti.
Bassa qualità del PCB che porta a crepe nel BGA
• T scelto in modo erratoge TddiMateriale del substrato PCB
Durante il processo di transizione dalla produzione con piombo alla produzione senza piombo, la temperatura di saldatura a rifusione e di saldatura a onda deve aumentare a causa dei requisiti di assemblaggio SMT (tecnologia a montaggio superficiale). Alcune persone credono semplicemente che vada bene utilizzare un materiale di substrato con un T elevatog(temperatura di transizione vetrosa) viene selezionata per il circuito stampato (PCB). Si pensa semplicemente che sia essenziale gestire e controllare l’espansione sull’asse Z. L’obiettivo principale è impedire che si verifichi il delaminamento nei circuiti stampati spessi e nei PCB a 14 o più strati e prevenire la formazione di cricche nei PTH (plated through hole) perché una grande estensione dell’espansione sull’asse Z del PCB tende a far rompere la parete del foro PTH durante la saldatura a rifusione o a onda. Tuttavia, Tgnon riesce a contrastare le crepe generate durante il processo senza piombo a meno che Td(temperatura di decomposizione) è considerata in grado di risolvere completamente il problema delle crepe nel PCB. Tre livelli di Tdsono regolati nell’IPC per quanto riguarda il materiale del substrato PCB: 310°C, 325°C e 340°C.
In conclusione, durante il processo di determinazione del materiale del substrato, il T più elevatoge Tdsono, meglio è. Ma il costo di fabbricazione del PCB è una considerazione essenziale in base alla quale il materiale del substrato con un T accettabilege Tddovrebbe essere ritirato.
• Contenuto di gel insufficiente nel prepreg
Il contenuto di gel insufficiente nel preimpregnato utilizzato sugli strati esterni e tra gli strati interni tende a far sì che il foglio di rame generi bolle ad alta temperatura.
• Selezione inadeguata del profilo in rame
In generale, il profilo ordinario è classificato in tre categorie: profilo standard, profilo basso e profilo molto basso. I profili standard non contengono regolamentazioni sul foglio di rame perché l’adesione è elevata, ma un profilo troppo alto tende a causare una cattiva incisione, il che riduce ulteriormente la stabilità della larghezza delle linee e il controllo dell’impedenza. Il profilo basso stabilisce che la SPEC massima del profilo è 0,4 mil (10,2 μm). Fino ad ora, il profilo basso è stato adottato dalla maggior parte dei produttori di PCB. Il profilo molto basso stabilisce che la SPEC massima del profilo è 0,2 mil (5,1 μm), che viene generalmente utilizzato solo nella fabbricazione di PCB con requisiti speciali di linee fini, come una larghezza di traccia di 2 mil.
• Laminazione PCB a bassa prestazione
Ogni volta che si verifica una laminazione PCB di bassa qualità, un melanismo o una brunificazione insufficienti porteranno a una scarsa adesione.
• Sviluppo della maschera di saldatura o finitura superficiale di bassa qualità
A bassa prestazionesolder masksviluppo ofinitura superficialecauserà difetti di saldatura. Ad esempio, l’ossidazione superficiale tende a generarsi quando il film OSP è troppo spesso o troppo sottile, subisce un pretrattamento non idoneo o attraversa un tempo di attesa eccessivamente lungo.
• Dimensione del pad BGA troppo piccola
Durante la fase di progettazione, quando la dimensione del pad BGA è troppo piccola, ciò può verificarsi a causa di un eccessivo processo di incisione o dell’assenza del valore di compensazione del fattore di incisione.
Materiale in ingresso non affidabile e layout del BGA
• Quando l’espansione sull’asse Z del substrato del materiale BGA in ingresso è troppo elevata, presenterà una bassa resistenza al distacco e Tdsarà troppo basso, entrambi i quali possono portare a crepe nello stagno.
• L’imballaggio sottovuoto non viene eseguito dopo il controllo qualità in accettazione (IQC); l’imballaggio sottovuoto subisce rotture prima della cottura oppure il BGA aderisce alla superficie della scheda per oltre due ore prima della saldatura, e tutto ciò porterà a una saldatura difettosa.
• Durante il layout BGA, la dimensione dei pad non può mai essere troppo piccola e non può mai essere inferiore a metà del passo del BGA meno 2 mil, tranne per i pad utilizzati in situazioni speciali. Inoltre, i pad sui quattro angoli del BGA dovrebbero essere più grandi di 1 mil rispetto agli altri pad in termini di dimensione.
• È preferibile progettare i quattro angoli del BGA come SMD (solder mask define), perché l’ingrandimento della base del BGA e la presenza della copertura di solder mask attorno al pad miglioreranno notevolmente la resistenza alla criccatura del pad. Poiché viene utilizzata la saldatura con solder mask define, la saldatura può coprire solo la superficie, trascurando i lati, il che porta a una resistenza del giunto di saldatura inferiore rispetto alla saldatura con copper define.
• Il PCB con finitura superficiale ENIG applicata provoca più facilmente crepe nei giunti di saldatura BGA. L’ENIG non può mai essere utilizzato su BGA il cui pad è più basso di 11 mil, mentre l’OSP è più indicato.
Controllo di processo insufficiente o scarsa condizione di assemblaggio
• Durante la fase di progettazione dello stencil, i quattro angoli e ciascun lato del componente BGA dovrebbero essere più grandi di 1 mil a 2 mil rispetto a quelli del pad. La dimensione dell’apertura dello stencil dovrebbe essere progettata in base alle specifiche dei componenti BGA, inclusi il passo, le sfere di saldatura sul BGA e la composizione delle sfere di saldatura.
• Durante il processo di stampa, il perno di supporto non deve premere contro il BGA per evitare che si verifichino saldature difettose e l’effetto “pillow” dovuti alla contaminazione del pad del BGA. Inoltre, è necessario prestare particolare attenzione alla pressione della spatola di stampa e al controllo della qualità di stampa.
• Durante la fase di montaggio, occorre porre particolare attenzione alle posizioni del wafer per il prelievo del BGA, all’impostazione dello spessore del componente e alla quantità di pressione di prelievo.
• Durante il riflusso a infrarossi (IR) ci sono più possibilità di formazione di crepe e occorre prestare particolare attenzione:
a. Durante il processo di fabbricazione di PCB a doppia faccia, è necessario considerare il grado di deformazione del PCB. Durante la saldatura a rifusione si possono utilizzare dei fissaggi e il materiale di base dei fissaggi deve essere attentamente valutato per il suo possibile ritiro dovuto alle alte temperature e al raffreddamento.
b. I componenti BGA in arrivo devono essere accuratamente ispezionati per verificare se si verifica l’affondamento sulle sfere di saldatura. Inoltre, occorre considerare la composizione della lega delle sfere di saldatura e la compatibilità tra l’espansione sull’asse Z del materiale del substrato del BGA e quella del circuito stampato (PCB).
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