Analisis Kecacatan dan Penambahbaikan Proses Sambungan Pateri BGA

Memeriksa kualiti pematerian BGA adalah mencabar kerana bola pateri berada di bawah cip. Tanpa peralatan pemeriksaan, semak secara visual sama ada cincin pematerian paling luar adalah konsisten dan periksa cip terhadap cahaya. Jika setiap baris dan lajur boleh menghantar cahaya, maka boleh disimpulkan bahawa tiada kimpalan berterusan. Kadangkala pateri dengan saiz yang lebih besar juga boleh dilihat. Untuk menilai kualiti sambungan pateri dengan lebih jelas, instrumen pemeriksaan X-RAY juga mesti digunakan.

Peralatan radiografi langsung sinar-X dua dimensi tradisional agak murah. Walau bagaimanapun, ia mempunyai kelemahan. Sambungan pateri pada kedua-dua belah PCB dibangunkan secara serentak dalam satu foto. Apabila komponen hadir pada kedua-dua belah pada kedudukan yang sama, bayang paterinya bertindih. Ini menjadikannya sukar untuk membezakan bahagian komponen. Jika terdapat kecacatan, tidak jelas lapisan mana yang menjadi masalah. Oleh itu, keperluan untuk menentukan kecacatan kimpalan dengan tepat tidak dapat dipenuhi.

Pemeriksa papan litar X-ray kami ialah peralatan pemeriksaan tomografi sinar-X yang digunakan khas untuk memeriksa sambungan pateri. Sudah tentu, ia bukan sahaja boleh menyemak BGA, tetapi juga memeriksa sambungan pateri semua pakej pada papan litar. Walaupun sebelum ini dianggap bahawa peralatan tersebut terlalu mahal, kos untuk memeriksa sambungan pateri adalah terlalu tinggi. Tetapi dengan penggunaan peranti BGA yang semakin meluas, orang ramai telah dapat menerima peralatan mahal ini.

X-Ray menggunakan tomografi sinar-X. Melaluinya, bola pateri boleh dilapisi, mewujudkan kesan tomografi. Imej tomografi sinar-X boleh digunakan untuk menganalisis sambungan pateri secara automatik berdasarkan data reka bentuk asal CDA dan parameter set pengguna. Ia melakukan pengimbasan tomografi dalam masa nyata, dan boleh membandingkan dan menganalisis semua sambungan pateri semua komponen dengan tepat pada kedua-dua belah PCB dalam masa berpuluh-puluh saat atau 2 minit (bergantung pada bilangan dan kerumitan sambungan pateri pada papan litar). Buat kesimpulan sama ada kimpalan itu layak atau tidak. Mengapakah fotografi X-ray tomografi boleh memperoleh hasil definisi yang sangat tinggi? Ini ditentukan oleh prinsip kerjanya.

X-ray sistem X-ray dihasilkan oleh tiub X-ray yang terletak di hujung atas peranti. Apabila bekerja, voltan mesti dinaikkan daripada 220V kepada 160KV, dan arus ialah 100mA. Rasuk elektron yang dihasilkan pada voltan tinggi menyinari tungsten logam untuk menghasilkan sinar-X. Pancaran sinar-X ini memanah ke bawah secara serong dan berputar pada kelajuan tinggi 760 pusingan sesaat. Pada masa yang sama, platform scintillator di bawah juga berputar serentak dengan X-ray pada kelajuan yang sama.

Platform scintillator sebenarnya adalah penerima sensitif sinar-X. Secara umumnya, logam, logam berat seperti timah dan plumbum tidak akan melalui sinar-X, dan akan membentuk pemandangan gelap. Perkara biasa ditembusi oleh sinar-X, dan tiada apa yang dapat dilihat. X-ray dikumpulkan pada kedudukan tertentu antara sumber cahaya dan platform scintillator, dan satah berkumpul muncul. Objek atau imej pada satah memfokus membentuk imej tajam pada platform scintillator. Tetapi objek atau imej yang tiada pada satah pengumpulan dikaburkan pada platform scintillator, hanya meninggalkan bayang-bayang.

 

Prinsip tomografi penghakiman sinar-X ditunjukkan dalam rajah. Oleh itu, tomografi dilakukan pada sambungan pateri dengan ketinggian yang berbeza pada PCB. Jika anda ingin menyemak keadaan pematerian lapisan tertentu, anda hanya perlu melaraskan lapisan ini kepada kedudukan satah pengumpulan, dan hasil pengimbasan akan dipaparkan dengan jelas. Gambar yang jelas ini akan diambil oleh kamera X-ray di bawah peranti.

Tidak kira peralatan pemeriksaan yang digunakan untuk pemeriksaan, mesti ada asas untuk menilai sama ada kualiti sambungan pateri adalah layak. IPC-A-610C secara khusus mentakrifkan kriteria penerimaan untuk sambungan pateri BGA. Keperluan sambungan pateri BGA pilihan ialah sambungan pateri adalah licin, bulat, dengan sempadan yang jelas dan tiada lompang. Diameter, kelantangan, skala kelabu dan kontras semua sambungan pateri adalah sama, kedudukannya diselaraskan, tiada offset atau twist, dan tiada bola pateri.

Selepas siap, standard pilihan diteruskan, tetapi sedikit santai untuk sambungan pateri yang layak. Untuk kedudukan sejajar, sambungan pateri BGA boleh mempunyai offset tidak lebih daripada 25% berbanding dengan pad. Bola pateri tidak boleh melebihi 25% daripada jarak antara bola pateri yang terdekat.

Kecacatan biasa BGA termasuk: sambungan pateri, litar terbuka, bola pateri yang hilang, lompang besar, bola pateri besar dan tepi sambungan pateri kabur. Berikut ialah senarai gambar X-ray yang ditemui dalam kerja sebenar, termasuk kebanyakan kecacatan yang disebutkan di atas.

Satu isu yang masih dipertikaikan ialah kriteria penerimaan untuk kekosongan dalam BGA. Masalah kekosongan tidak unik untuk BGA. Sambungan pateri untuk komponen lubang telus dan lekap permukaan dan lubang telus biasanya boleh diperiksa secara visual untuk lompang dan bukannya sinar-x. Dalam BGA, kerana semua sambungan pateri tersembunyi di bawah bungkusan, ia hanya boleh diperiksa oleh X-ray. Sudah tentu, sinar-X boleh digunakan untuk memeriksa bukan sahaja sambungan pateri BGA, tetapi juga semua jenis sambungan pateri. Menggunakan sinar-X, lompang boleh dikesan dengan mudah.

Jadi kekosongan mesti memberi kesan negatif terhadap kebolehpercayaan BGA? tidak pasti. Ada juga yang mengatakan bahawa membatalkan adalah baik untuk kebolehpercayaan. Piawaian IPC-7095, bertajuk 'Proses Reka Bentuk dan Pemasangan untuk Merealisasikan BGA,' menyediakan garis panduan terperinci untuk reka bentuk dan teknologi pemasangan BGA. Jawatankuasa IPC-7095 mengakui bahawa lompang kecil yang tidak dapat dielakkan mungkin bermanfaat untuk kebolehpercayaan. Walau bagaimanapun, perlu ada piawaian yang ditetapkan untuk menentukan saiz lompang yang boleh diterima.

Di manakah lompang boleh ditemui dalam pemeriksaan sambungan pateri BGA? Bola pateri BGA boleh dibahagikan kepada tiga lapisan, satu adalah lapisan komponen (substrat dekat dengan komponen BGA), satu adalah lapisan pad (substrat dekat dengan PCB), dan satu lagi adalah lapisan tengah bola pateri. Bergantung pada keadaan, kekosongan boleh berlaku dalam mana-mana tiga lapisan ini.

Bilakah kekosongan itu muncul? Bola pateri BGA sendiri mungkin mempunyai lompang sebelum pematerian, dengan itu membentuk lompang selepas proses pematerian aliran semula selesai. Ini mungkin disebabkan oleh pengenalan lompang dalam proses pembuatan bola pateri, atau masalah bahan tampal pateri yang disalut pada permukaan PCB. Selain itu, reka bentuk papan litar juga merupakan sebab utama pembentukan lompang.

Sebagai contoh, jika lubang melalui direka di bawah pad, semasa proses pematerian, udara luar memasuki bola pateri cair melalui lubang melalui, dan rongga akan ditinggalkan dalam bola pateri selepas pematerian selesai dan disejukkan.

Lompang dalam lapisan pad mungkin disebabkan oleh pemeruapan fluks dalam pes pateri yang dicetak pada pad semasa proses pematerian aliran semula, gas keluar dari pateri dalam penembusan dalam, dan lompang terbentuk selepas penyejukan. Penyaduran pad yang lemah atau pencemaran pada permukaan pad mungkin menjadi punca lompang pada lapisan pad.

Lapisan komponen selalunya merupakan kawasan yang mempunyai kemungkinan lompang yang paling tinggi, terletak di antara pusat bola pateri dan substrat BGA. Ini mungkin disebabkan oleh gelembung udara dan gas fluks meruap pada pad BGA semasa pematerian aliran semula pada PCB. Hollow terbentuk apabila bersatu. Jika lengkung suhu aliran semula tidak cukup lama dalam zon aliran semula, gelembung udara dan gas meruap dalam fluks tidak mempunyai masa untuk melarikan diri, dan goreng pateri cair telah memasuki zon penyejukan dan menjadi pepejal, membentuk rongga.

Oleh itu, profil suhu aliran semula adalah punca pembentukan lompang. BGA bagi pateri eutektik 63n/37Pb berkemungkinan besar mempunyai lompang, dan BGA yang terdiri daripada bola pateri takat lebur tinggi eutektik haram 10Sn/90Pb mempunyai takat lebur 302°C dan umumnya tidak mempunyai lompang. Bola pateri pada BGA tidak cair semasa proses pematerian aliran.

Kehadiran gas dalam rongga boleh menyebabkan tekanan pengecutan dan pengembangan semasa kitaran haba. Lokasi rongga akan menjadi titik kepekatan tegasan dan mungkin menjadi punca retakan tegasan.
Walau bagaimanapun, kehadiran lompang mengurangkan tegasan mekanikal pada bola pateri dengan mengurangkan lebihan ruang yang digunakan oleh bola pateri. Pengurangan khusus bergantung pada saiz, lokasi, bentuk dan faktor lain rongga.

Kriteria penerimaan/penolakan untuk lompang yang dinyatakan dalam IPC-7095 terutamanya mempertimbangkan dua perkara: kedudukan dan saiz lompang. Tidak kira di mana lompang itu wujud, sama ada di tengah bola pateri atau di lapisan pad atau lapisan komponen, bergantung kepada saiz dan kuantiti lompang, ia akan menjejaskan kualiti dan kebolehpercayaan. Bola pateri kecil dibenarkan di dalam bola pateri. Nisbah ruang yang diduduki oleh lompang kepada ruang bola pateri boleh dikira seperti berikut: contohnya, diameter lompang ialah 50% daripada diameter bola pateri, maka kawasan yang diduduki oleh lompang ialah 25 % daripada luas bola pateri.

Piawaian IPC menentukan bahawa lompang dalam lapisan pad tidak boleh melebihi 10% daripada kawasan bebola pateri. Lompang melebihi 25% dianggap kecacatan, menimbulkan risiko kepada kebolehpercayaan mekanikal dan elektrik. Untuk lompang antara 10% dan 25%, penambahbaikan proses disyorkan untuk menghapuskan atau mengurangkannya.

Apabila BGA pateri eutektik membentuk sambungan pateri semasa proses pematerian, pes pateri yang disalut pada PCB dan bola pateri yang terkandung dalam komponen mesti dicantum bersama. Proses ini dibahagikan kepada dua peringkat keruntuhan. Peringkat pertama keruntuhan ialah tampal pateri pada PCB cair terlebih dahulu, dan komponen runtuh. Pada peringkat kedua, bola pateri komponen itu sendiri juga cair dan bercantum dengan pes pateri cair pada PCB, dan bola pateri sekali lagi Runtuh, membentuk sambungan pateri oblat.

Semasa proses kimpalan, adalah perlu untuk memastikan bahawa lengkung kimpalan beralih secara semula jadi, supaya peranti dipanaskan secara sama rata, terutamanya dalam

kawasan kimpalan, adalah perlu untuk memastikan bahawa semua sambungan pateri cair sepenuhnya. Jika suhu tidak mencukupi, sambungan pateri sejuk mungkin terbentuk, menyebabkan permukaan sambungan pateri kasar atau lebur tidak lengkap semasa peringkat kemerosotan kedua. Ini boleh menyebabkan keretakan antara tampal pateri pada permukaan PCB dan pateri komponen, mengakibatkan pematerian maya atau terbuka.

Kelikatan pes pateri membantu melindungi peranti buat sementara waktu dan mengelakkan penyambungan pateri semasa cair. Untuk templat BGA, bukaan sambungan pateri biasanya 70-80% daripada saiz pad, dan ketebalan templat biasanya 0.15mm (6mil).

Jika sesetengah proses mesti direka di bawah pad, anda juga harus mencari pengeluar PCB yang sesuai. Kedudukan pad hendaklah digerudi, dan pembesaran pad yang tidak dibenarkan harus dielakkan. Ini kerana lubang melalui tidak boleh digerudi terlalu kecil. Akibatnya, jumlah timah dan ketinggian akan berbeza selepas pematerian antara pad besar dan kecil. Kimpalan atau litar terbuka.

Sebelum memateri BGA, pastikan topeng pateri di sekeliling pad adalah layak dan vias disalut dengan filem penghalang. Menambah filem rintangan pateri pada sisi lain PCB semasa pengeluaran adalah tidak berkesan. Tujuan filem rintangan pateri adalah untuk mengelakkan pembentukan udara dan lompang semasa pematerian, serta untuk menghalang aliran pateri melalui lubang.

Mencetak pes pateri tanpa kerja semula mengelakkan pematerian berlebihan dan meningkatkan kualiti pematerian. Melalui lubang bersalut, jadi lebihan pateri atau isu pematerian boleh menyebabkan kecacatan pintas maya dan litar pintas. Kerja semula BGA adalah pilihan terakhir kerana ia mengambil masa yang lama.

Untuk memateri BGA dengan jayanya, kami memerlukan bola pateri dan alat kerja semula yang sesuai. Penanaman bola mempunyai kadar kejayaan yang rendah dan membazirkan sumber. Cip yang dibaiki bertahan sekurang-kurangnya 4 kitaran aliran semula, menjejaskan kebolehpercayaan. Sediakan dengan baik sebelum memateri BGA untuk meminimumkan kecacatan dan mencapai kadar lulus yang tinggi. Matlamat kami adalah untuk menghapuskan kecacatan tanpa pembaikan.