Прямокутні контактні площадки для BGA – погана ідея

19.12.2023 |

Використання прямокутних апертур для круглих контактних площадок BGA або проектування контактних площадок із чотирма кутами може призвести до катастрофи.

За словами Річарда Стадема (Richard Stadem) з General Dynamics, друкувати паяльною пастою поза зоною контактної площадки завжди погана ідея. Після друку на контактній площадці та паяльній масці, невеликі кульки припою мають труднощі з агломерацією в одне паяне з’єднання під час пайки оплавленням. Це ще складніше, якщо контактна площадка не визначена в паяльній масці, оскільки тоді кульки повинні додатково перетинати зазор між паяльною маскою та краєм контактних площадок.

У результаті кульки припою, які не є частиною жодного паяного з’єднання, можуть потрапити під BGA. Крім того, вони можуть залишитися непоміченими навіть під час рентгенівського обстеження, тому що мають дуже невеликі розміри або виходять за межі встановленої зони рентгенівського обстеження.

Як правило, програмне забезпечення X-Ray обладнання дуже схоже на AOI, а деякі рентгенівські інспекційні апарати насправді є комбінацією обох типів (часто використовуються AOX, AXI або OAX). Машина спочатку визначає контрольну точку (тобто реперні точки), а потім переходить до запрограмованої процедури контролю, яка зазвичай на першому кроці включає виконання серії контрольних вимірювань на основі зміщення від основи до визначеної відстані. На другому кроці кожна куля зазвичай вимірюється на основі запрограмованого кроку – її розміру та форми – і порожнечі аналізуються на основі зображення у відтінках сірого.

Це означає, що в зонах між окремими цільовими місцями розшарування перевірка НЕ ​​проводиться. Якщо в цих «загублених ділянках» будуть знайдені окремі частинки або, що ще гірше, частково агломеровані кульки припою, автоматичне рентгенівське випромінювання їх не виявить. З іншого боку, вони можуть бути достатньо великими, щоб перевищувати мінімальний електричний зазор, необхідний між перехідними отворами та паяними з’єднаннями BGA, або між перехідними отворами та сусідніми провідними шляхами, або між створеними паяними з’єднаннями та шляхами.

У результаті вся система може страждати від перехресних перешкод, а також постійних або періодичних коротких замикань. Деякі з цих «кульок-втікачів» можуть бути видалені в процесі очищення, але, як показує практика, всі вони ніколи не будуть повністю видалені. Крім того, якщо використовується флюс без очищення або RMA, то сотні кульок можуть залишитися в пастці залишків, які осідають під компонентом, викликаючи справжній хаос.

Прямокутні/квадратні контактні площадки також є проблемою

Деякі користувачі Інтернету висловили думку, що «квадратні контактні площадки та апертури можуть забезпечити кращі результати під час друку пастою компонентів BGA». Річард Стадем це рішуче заперечує: у цьому сценарії круглі кульки BGA, CSP або flip-chip розміщуються на квадратних контактних площадках із квадратними нанесеннями паяльної пасти. Замість попередньо зробленого паяного з’єднання, яке має нагадувати круглу вазу на круглому столі, ми отримуємо кругле з’єднання у верхній половині, з’єднаний з круглою контактною площадкою в нижній частині BGA та має чотири кути, де він з’єднується з друкованою платою.

Під час стадії охолодження пайки оплавленням, а також протягом усього терміну експлуатації з’єднання під впливом температурних змін зміна коефіцієнта теплового розширення між BGA та друкованою платою викликає серйозні навантаження на точки пайки між ними.

Коли на квадратну контактну площадку під BGA починають діяти сили натягу, особливо якщо вони раптові або досить сильні, кути контактної площадки можуть підтягнутися до гори. Ця сила, спрямована вгору, спричиняє розрив зв’язку між контактною площадкою та підкладкою, часто порушуючи не лише саму контактну площадку, а й під’єднані до неї доріжки.

Це явище називається «утворення кратерів» (англ. pad catering), і через високі температури, необхідні для пайки без свинцю, і крихкість самих паяних з’єднань, це явище спостерігається все частіше. Це серйозна проблема навіть для стандартних круглих контактних площадок, а використання чотирьох кутів збільшує концентрацію напруги, що в свою чергу збільшує проблему на порядок.

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