ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่มีการพัฒนาไปสู่ลายวงจรที่ละเอียดและความบางเป็นพิเศษ โดยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานมีขนาดเล็กลงเรื่อย ๆ นอกจากนี้ ยังมีการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้แพ็กเกจ IC (integrated circuit) ระยะพิทช์ละเอียดลงบนแผ่น PCB (printed circuit board) มากขึ้น โดยเฉพาะชิ้นส่วนแบบ BGA (ball grid array) และ CSP (chip-scale package) ระยะพิทช์ของชิ้นส่วนได้เปลี่ยนจาก 0.65 มม. และ 0.5 มม. มาเป็น 0.4 มม. หรือน้อยกว่า; ความหนาของ PCB จาก 1.6 มม. และ 1.2 มม. มาเป็น 1.0 มม., 0.8 มม. หรือ 0.6 มม. หรือน้อยกว่า; จำนวนเลเยอร์ของ PCB จากแบบสองหน้า หรือ 8 เลเยอร์ มาเป็น 12 เลเยอร์, 18 เลเยอร์ หรือมากกว่า; รูปแบบการติดตั้ง BGA จากการติดตั้งด้านเดียวไปสู่POP (แพ็กเกจบนแพ็กเกจ)การพัฒนาทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นได้ท้าทายความสามารถในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCBA) ของเรา ซึ่งในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ คุณภาพการบัดกรีของ BGA เป็นองค์ประกอบสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากรอยร้าวของ BGA มักเกิดขึ้นได้ทันทีที่กระบวนการใดกระบวนการหนึ่งไม่ได้รับความใส่ใจเพียงพอหรือมีการใช้มาตรการที่ไม่เหมาะสม ตำแหน่งที่พบรอยร้าวบน BGA บ่อยที่สุดคือบริเวณจุดเชื่อมบัดกรีระหว่างแผ่นรองบัดกรีกับด้านล่างของแผ่นรองบัดกรี โดยทั่วไปแล้ว รอยร้าวมักเกิดขึ้นมากที่สุดที่มุมทั้งสี่ของชิ้นส่วน BGA และรองลงมาที่ด้านทั้งสี่ด้าน เนื่องจากบริเวณเหล่านี้ได้รับแรงกดดันมากที่สุด
สาเหตุที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าวในการบัดกรี BGA จะอธิบายในย่อหน้าต่อไปนี้
คุณภาพแผ่น PCB ต่ำทำให้เกิดรอยร้าวที่ BGA
• หยิบตัว T ผิดgและ Tdของวัสดุแผ่นฐาน PCB
ในระหว่างกระบวนการจากการผลิตที่ใช้ตะกั่วไปสู่การผลิตปลอดตะกั่ว อุณหภูมิของการบัดกรีแบบรีโฟลว์และการบัดกรีแบบคลื่นจำเป็นต้องเพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากข้อกำหนดของการประกอบ SMT (เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว) บางคนเชื่ออย่างง่าย ๆ ว่าใช้ได้หากวัสดุแผ่นรองมีค่า T สูงg(อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะแก้ว) ถูกเลือกใช้สำหรับแผ่น PCB พวกเขาเพียงแค่คิดว่าสิ่งสำคัญคือการจัดการและควบคุมการขยายตัวตามแกน Z เป้าหมายหลักคือการหยุดการหลุดลามิเนตไม่ให้เกิดขึ้นกับแผ่นวงจรหนาและ PCB แบบ 14 ชั้นขึ้นไป และเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดรอยร้าวกับ PTH (รูชุบผ่าน) เนื่องจากการขยายตัวตามแกน Z ของ PCB ในระดับมากมักทำให้ผนังรู PTH แตกหักระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์หรือแบบคลื่น อย่างไรก็ตาม Tgไม่สามารถเอาชนะรอยแตกร้าวที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการปลอดสารตะกั่วได้ เว้นแต่ Td(อุณหภูมิของการสลายตัว) ถือว่าเป็นการแก้ปัญหารอยร้าวของ PCB ได้อย่างสมบูรณ์ มีระดับของ T อยู่สามระดับdถูกกำหนดไว้ในมาตรฐาน IPC เกี่ยวกับวัสดุแผ่นรอง PCB: 310°C, 325°C และ 340°C.
โดยสรุป ในระหว่างกระบวนการกำหนดวัสดุฐานรอง ค่า T ที่สูงกว่าgและ Tดยิ่งมากเท่าไรยิ่งดี แต่ต้นทุนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการเลือกวัสดุฐานที่มีค่า T ที่ยอมรับได้gและ Tdควรถูกเก็บขึ้นมา
• ปริมาณเจลในพรีเพรกไม่เพียงพอ
ปริมาณเจลในพรีเพรกที่ใช้บนชั้นภายนอกและระหว่างชั้นภายในไม่เพียงพอมักทำให้แผ่นฟอยล์ทองแดงเกิดฟองอากาศเมื่ออยู่ภายใต้อุณหภูมิสูง
• การเลือกโปรไฟล์ทองแดงที่ไม่เหมาะสม
โดยทั่วไปแล้ว โปรไฟล์พื้นฐานจะแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ โปรไฟล์มาตรฐาน โปรไฟล์ต่ำ และโปรไฟล์ต่ำมาก โปรไฟล์มาตรฐานจะไม่มีข้อกำหนดเกี่ยวกับแผ่นทองแดง เนื่องจากมีการยึดเกาะที่สูง แต่หากโปรไฟล์สูงเกินไปมักทำให้การกัดลายไม่ดี ซึ่งจะยิ่งลดความเสถียรของความกว้างลายวงจรและการควบคุมอิมพีแดนซ์ โปรไฟล์ต่ำกำหนดให้ค่า Profile SPEC สูงสุดอยู่ที่ 0.4 mil (10.2 μm) จนถึงปัจจุบัน โปรไฟล์ต่ำถูกนำมาใช้โดยผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ส่วนใหญ่ โปรไฟล์ต่ำมากกำหนดให้ค่า Profile SPEC สูงสุดอยู่ที่ 0.2 mil (5.1 μm) ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้เฉพาะในการผลิต PCB ที่มีข้อกำหนดลายวงจรละเอียดเป็นพิเศษ เช่น ความกว้างลาย 2 mil
• การลามิเนตแผ่น PCB ที่มีประสิทธิภาพต่ำ
เมื่อใดก็ตามที่มีการลามิเนตแผ่น PCB ที่มีประสิทธิภาพต่ำ การเกิดสีดำหรือสีน้ำตาลไม่เพียงพอจะทำให้การยึดเกาะไม่ดี
• การล้างฟิล์มมาร์กหน้าบัดกรีหรือการเคลือบผิวหน้าที่มีประสิทธิภาพต่ำ
ประสิทธิภาพต่ำหน้ากากบัดกรีกำลังพัฒนา หรือผิวสำเร็จจะทำให้เกิดข้อบกพร่องในการบัดกรี ตัวอย่างเช่น การเกิดออกซิเดชันบนผิวหน้ามักจะเกิดขึ้นเมื่อฟิล์ม OSP หนาเกินไปหรือบางเกินไป ได้รับการเตรียมผิวหน้าที่ไม่เหมาะสม หรือมีระยะเวลาในการพักชิ้นงานนานเกินไป
• ขนาดแผ่นรอง BGA เล็กเกินไป
ในระยะการออกแบบ เมื่อขนาดแผ่นรอง BGA เล็กเกินไป อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการกัดกรดมากเกินไปหรือการไม่มีค่าชดเชยของปัจจัยการกัดกรด
วัสดุขาเข้าที่ไม่น่าเชื่อถือและการจัดวางของ BGA
• เมื่อการขยายตัวตามแกน Z ของซับสเตรตในวัสดุ BGA ขาเข้า มีค่ามากเกินไป จะทำให้มีความแข็งแรงในการลอกแยกต่ำและ Tdจะต่ำเกินไป ซึ่งทั้งสองกรณีอาจทำให้เกิดรอยร้าวของดีบุก
• ไม่ได้ทำการบรรจุสูญญากาศหลังการตรวจสอบคุณภาพขาเข้า (IQC) บรรจุภัณฑ์สูญญากาศเกิดการแตกหักก่อนการอบ หรือชิ้นส่วน BGA ถูกยึดติดกับผิวบอร์ดนานเกินสองชั่วโมงก่อนการบัดกรี ซึ่งทั้งหมดนี้จะนำไปสู่การบัดกรีที่ไม่ดี
• ระหว่างการออกแบบเลย์เอาต์ BGA ขนาดแพดต้องไม่เล็กเกินไป และขนาดแพดต้องไม่ต่ำกว่าครึ่งหนึ่งของพิตช์ BGA ลบ 2 mil ยกเว้นแพดที่ใช้ในสถานการณ์พิเศษ นอกจากนี้ แพดที่อยู่มุมทั้งสี่ของ BGA ควรมีขนาดใหญ่กว่าแพดอื่น ๆ อยู่ 1 mil
• มุมทั้งสี่ของ BGA ควรออกแบบให้เป็นแบบ SMD (solder mask define) เนื่องจากการขยายฐานของ BGA และการมีอยู่ของเลเยอร์หน้ากากบัดกรีที่ครอบรอบแผ่นแพดจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อการแตกร้าวของแพดได้อย่างมาก เมื่อใช้การบัดกรีแบบ solder mask define การบัดกรีจะครอบคลุมได้เฉพาะบนผิวหน้าโดยไม่ครอบคลุมด้านข้าง ซึ่งทำให้ความแข็งแรงของจุดเชื่อมบัดกรีด้อยกว่าการบัดกรีแบบ copper define
• แผ่น PCB ที่ใช้การชุบผิวหน้าแบบ ENIG ทำให้เกิดรอยร้าวที่จุดเชื่อมบัดกรี BGA ได้ง่ายกว่า ไม่ควรใช้ ENIG กับ BGA ที่แผ่นรองต่ำกว่า 11 mil และควรใช้ OSP แทน
การควบคุมกระบวนการไม่เพียงพอหรือสภาพการประกอบต่ำ
• ในระยะออกแบบสเตนซิล มุมทั้งสี่และแต่ละด้านของชิ้นส่วน BGA ควรมีขนาดใหญ่กว่าขนาดของแพด 1–2 มิล สัดส่วนของช่องเปิดบนสเตนซิลควรถูกออกแบบตามสเปกของชิ้นส่วน BGA รวมถึงพิตช์ ลูกบอลบัดกรีบน BGA และส่วนผสมของลูกบอลบัดกรี
• ระหว่างกระบวนการพิมพ์ ไม่ควรให้หมุดรองรับกดแนบกับ BGA เพื่อป้องกันการบัดกรีปลอมและปรากฏการณ์หมอนอิงที่อาจเกิดขึ้นจากการปนเปื้อนบนแผ่นรอง BGA นอกจากนี้ จำเป็นต้องให้ความใส่ใจเป็นพิเศษกับแรงกดของใบปาดพิมพ์และการควบคุมคุณภาพการพิมพ์
• ควรให้ความสำคัญกับตำแหน่งเวเฟอร์ของการหยิบ BGA การตั้งค่าความหนาของชิ้นส่วน และปริมาณแรงกดในการหยิบระหว่างขั้นตอนการติดตั้ง
• มีโอกาสเกิดรอยร้าวมากขึ้นระหว่างการรีโฟลว์แบบอินฟราเรด (IR) และจำเป็นต้องให้ความใส่ใจเป็นพิเศษ:
a. ในระหว่างกระบวนการผลิตแผ่น PCB แบบสองด้าน จำเป็นต้องคำนึงถึงระดับการบิดตัวของ PCB สามารถใช้ฟิกซ์เจอร์ระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์ได้ และต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงวัสดุฐานของฟิกซ์เจอร์เนื่องจากอาจเกิดการหดตัวจากอุณหภูมิสูงและการเย็นตัว
b. ต้องตรวจสอบชิ้นส่วน BGA ที่รับเข้าอย่างละเอียดเพื่อดูว่ามีการยุบตัวเกิดขึ้นที่ลูกบอลบัดกรีหรือไม่ นอกจากนี้ ยังต้องตรวจสอบส่วนผสมของโลหะผสมในลูกบอลบัดกรีและความเข้ากันได้ระหว่างการขยายตัวตามแกน Z ของวัสดุแผ่นรองของ BGA กับแผ่น PCB
ต้องการงานบัดกรี BGA คุณภาพสูงใช่ไหม? PCBCart ช่วยคุณได้!
PCBCart มีความสามารถในการบัดกรีชิ้นส่วนได้หลากหลายประเภท รวมถึง SMT 01005 หรือขนาดใหญ่กว่า, BGA ระยะพิช 0.4 มม., POP (Package on Package), WLCSP ระยะพิช 0.35 มม., คอนเนคเตอร์แบบฮาร์ดเมตริก และสายเคเบิลและลวด หากคุณมีไฟล์ Gerber และ BOM อยู่แล้ว โปรดส่งคำขอใบเสนอราคา PCBA โดยคลิกที่ปุ่มด้านล่างนี้ เราจะเสนอราคาให้คุณในเร็ว ๆ นี้
ขอใบเสนอราคาประกอบแผงวงจรพิมพ์
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบเทิร์นคีย์ขั้นสูงจาก PCBCart
•ข้อกำหนดเกี่ยวกับไฟล์ออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อให้การประกอบแผงวงจรพิมพ์เป็นไปอย่างราบรื่น
•วิธีการที่มีประโยชน์บางประการในการประเมินความสามารถของเครื่องประกอบ SMT
•ประโยชน์ของการเลือก PCBCart เป็นพาร์ทเนอร์ด้าน PCB ของคุณ
