АНАЛІЗ ПРИЧИН ДЕФЕКТУ НАДГРОБКА

19.01.2023 |

Потенційні причини виникнення дефекту надгробка включаючи неправильну конструкцію доріжок і контактних площадок друкованої плати, процеси окислення, тип паяльної пасти, дизайн трафарету або параметри процесів друку, процес розміщення та пайки оплавленням.

Дефект надгробка спричинений невеликими відмінностями в силі змочування з обох сторін елемента в корпусі елемента що паяється. Коли флюс і припій розріджуються та змочуються з обох боків компонента, через свій поверхневий натяг вони створюють невеликий крутний момент на ньому. Якщо крутний момент достатньо не збалансований щодо маси, компонент піднімається у вертикальне положення, створюючи дефект, схожий на надгробний камінь, який виступає над поверхнею.

З роками компоненти в корпусах мікросхем стали набагато меншими, багато з них важать міліграми, і тому вони стали більш чутливими до крутного моменту. Єдиний спосіб повністю усунути дефект надгробка — це налаштувати змінні процесу, багато з яких можуть активно сприяти утворенню дефекту надгробка. Вони включають, наприклад, дизайн трасування/плати, дизайн контактної площадки, окислення компонентів і друкованої плати, тип паяльної пасти, дизайн трафарету або параметри процесів друку, процес розміщення та пайки оплавленням. Відповідна модифікація однієї або кількох із цих змінних процесу може зменшити або усунути дефект надгробка.

  • Конструкція доріжок друкованої плати — однією з поширених причин дисбалансу сил змочування є різниця температур і різниця в часі розповсюдження між двома контактними площадками, на яких розташована мікросхема. Приклад такого несприятливого налаштування показаний на малюнку 1. Перша контактна площадка з’єднана з широким каналом, який поглинає більше тепла, тоді як друга контактна площадка з’єднана з тонким каналом з меншою тепломасою. В результаті друга контактна площадка буде гарячішою за першу, а паста розріджуватиметься швидше. Якщо паста на другій контактній площадці змочиться першою, поверхневий натяг на ній може бути достатнім, щоб подолати силу, що діє на першу контактну площадку, дозволяючи утворити дефект надгробка.
  • Конструкція контактних площадок також впливає на утворення дефекту надгробка, а також на обертання компонентів. Чим більша контактна площадка відносно розміру компонента, тим більший важіль, який може бути створений у результаті оплавлення припою. Якщо контактна площадка занадто широка, дисбаланс між двома сторонами може спричинити перекіс компонента, а якщо вона надто довга, її легше натиснути, створюючи дефект надгробку.
  • Окислення проводів компонентів та/або друкованих плат спричиняє невеликі затримки в процесі змочування, а різниця в часі змочування між контактними площадками може спричинити дефект надгробку. Високоякісні друковані плати та правильне зберігання компонентів можуть усунути цей фактор.
  • Геометрія компонентів. Конденсатори, котушки індуктивності та інші громіздкі компоненти статистично більш сприйнятливі до надгробків, ніж резистори чи інші менші компоненти через відстань, на якій припій змочує тіло компонента. Розмір і вага елементів також відіграють важливу роль: чим легше елемент, тим менше сил потрібно для створення дефекту надгробка.
  • Паяльна паста фактично є сумішшю двох незалежних матеріалів: флюсу та сплаву. У рідкісних випадках особливо погані флюсові пасти не забезпечують достатньої адгезії безпосередньо перед і під час паяння оплавленням. Часто потрібні паралельні порівняння пасти, щоб визначити вплив низької якості пасти.
  • Стосовно характеристик самого сплаву, існує різниця в характеристиках між евтектичними та неевтектичними сплавами. Евтектичний сплав переходить із твердого стану в рідкий у мінімальному діапазоні температур, швидко розвиваючи повний поверхневий натяг. Неевтектичні сплави змінюють стан поступово в певному діапазоні температур, а поверхневий натяг збільшується протягом більш тривалого періоду часу. У результаті неевтектичні сплави, такі як Sn62/Pb36/Ag2 і Sn96/Ag3.0/Cu0.5, виявляють меншу схильність до утворення надгробків, ніж Sn63/Pb37 та інші евтектичні сплави. Чим більше діапазон плавлення, тим менше ймовірність дефекту надгробка.
  • Дизайн трафарету складається з двох елементів: форми отвору та вибору технології трафарету. Форма апертури визначає дві речі: об’єм пасти та її розташування. Правильний дизайн трафарету повинен передбачати розміщення необхідної кількості паяльної пасти. Занадто багато пасти означає неправильну форму наплавлення, а також більший крутний момент під час розрідження припою. Хороший дизайн також розміщує припій у місці, яке забезпечує правильне розміщення компонента. Якщо нанести занадто мало пасти, може статися недостатнє зчеплення з контактною площадкою, тоді як із занадто великою кількістю пасти з боків мікросхеми з’являться кульки припою. Технологія виготовлення шаблонів визначає очікувані властивості пасти. Для підвищення ефективності вивільнення пасти доступні трафарети з хімічним травленням, трафарети з лазерним вирізанням і електроформовані трафарети. Доведено, що гальванопластика та подальше нанесення покриття на хімічно витравлені та вирізані лазером трафарети покращують ефективність вивільнення пасти.
  • Одним із факторів, який різко знижує частоту появи дефекту надгробка, є якість друку. З використання паяльних паст з меншими розмірами часток зчеплення між контактними площадками більш рівномірне. Для апертур 0201 та інших подібних за розміром паяльні пасти типу 4 і типу 5 значно покращують якість друку.
  • Якщо на етапі встановлення компонент розташувати ближче до одного чи іншого боку, це дозволить застосувати більший поверхневий натяг до цієї сторони і компонент зможе піднятися. Якщо на компонент не прикладати достатнього тиску, він почне перекошуватися, коли відбувається змочування, і якщо його втиснути занадто глибоко в пасту, паста буде зміщена, і (знову) може статися нерівномірне змочування обох контактних площадок.
  • Процес пайки оплавленням є, мабуть, найважливішим фактором дефекту надгробка. Коли друкована плата, на якій може виникнути дефект надгробку, потрапляє в піч оплавлення, то спосіб її нагрівання може покращити або погіршити проблему дефектів надгробків. Щоб звести до мінімуму дефект надгробка, температуру нагріву друкованої плати необхідно підвищувати таким чином, щоб ліквідус сплаву припою досягався рівномірно для всіх пар контактних площадок на платі. Це означає, що вся плата повинна бути доведена до температури трохи нижче ліквідусу, а потім повільно піднята до точки плавлення. Для більшості виробів швидкість підвищення температури приблизно на 1°C за секунду є достатнім захистом від появи дефекту надгробка. Для складніших продуктів може знадобитися менша швидкість наростання, у деяких випадках лише 0,33°C за секунду.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl