Akatsen Azterketa eta Prozesuaren Hobekuntza BGA Soldadura Junturak

Sarrera

Ball Grid Array (BGA) ontziratzea elektronika industrian funtsezko teknologia gisa agertu da, batez ere 1990eko hamarkadaren hasieran sartu zenetik. Paketatze-metodo hau beharrezkoa bihurtu zen berunezko pakete tradizionaletan gailu-pin kopurua handitu zen heinean, berunezko tartea nabarmen gutxitu zelako. Horrek fabrikazio- eta fidagarritasun-erronkak ekarri zituen gailuaren soldadura garaian, tarte minimoa 0.3 mm (12 mil)raino iristen zelarik. Arazo horiei aurre egiteko, BGA teknologia garatu zen, pin kopuru handiagoa ahalbidetuz, antzeko tamainako Quad Flat Packages (QFP) alderatuta.

BGA gailuak txiparen azpian soldadura-boletan oinarritzen dira beren pin gisa balio dezaten. Soldadura-bola hauen altuera handiagoak muntaketa errazten du, soldadura-kualifikazio-tasak eta lehen aldiz arrakasta-tasak nabarmen hobetuz.

Bi BGA ontzi mota ohikoenak hauek dira: Plastikozko BGA (PBGA), kontsumo- eta komunikazio-produktuetan erabilia, eta Zeramikazko BGA ( CBGA), aplikazio militarretan erabiltzen dena. Soldadura-bolaren osaerak % 63 eztainu (Sn) eta % 37 berun (Pb) izaten ditu PBGA gailuetako soldadura eutektikorako, eta CBGA gailuek, berriz, tenperatura altuko soldadura ez-eutektiko bat erabiltzen dute, % 10 Pb eta % 90 Sn-z osatua. BGA teknologiaren bilakaerak miniaturazko BGAak garatzea ere ekarri du, mikroBGA (μBGA) edo Txip Eskalako Paketeak (CSP) izenekoak, 0.3 mm-ko (12 mil) soldadura-bolaren tartea eta 0.5 mm-ko (12 mil) tartea dutenak.

Artikulu honek BGA soldadura-junturen onarpen-irizpideak, akatsen errendimendua eta fidagarritasuna aztertzen ditu, akats polemiko batean arreta berezia jarriz: hutsuneak. Gainera, prozesuen hobekuntzak proposatuko ditugu BGA soldadura-junturen kalitatea hobetzera zuzenduta.

BGA Soldadura-Kalitatearen ikuskapena

Ball Grid Array (BGA) soldadura-junturen kalitatea ikuskatzea funtsezko alderdia da gailu elektronikoen fidagarritasuna eta funtzionaltasuna bermatzeko. BGA paketeen izaera berezia dela eta, non soldadura-bolak txiparen azpian kokatzen diren, ohiko ikuskapen bisualaren metodoak ez dira nahikoak. Atal honek BGA soldaduraren kalitatea ikuskatzearekin lotutako hainbat teknika eta erronka aztertuko ditu.

BGA Solder Joint Inspection erronkak

1. Eskuraezinak diren soldadura-junturak: Erronka nagusia BGA soldadura junturak eskuragarri ez izatean datza. Soldadura-junturak agerian dauden zulo edo gainazaleko osagaiak ez bezala, BGAek osagaiaren azpian ezkutatuta dituzte soldadura-bolak. Horrek ezinezkoa egiten du junturak zuzenean aztertzea.
2. Leku mugatua: BGAen diseinu trinkoak leku gutxi uzten die ikuskapen tresna eta teknikei. Soldadura-bolen arteko tarte estuak banakako junturak sartzea eta ikuskatzea zaila egiten du.
3. konplexutasuna: Gailu elektronikoek askotan BGA ugari izaten dituzte, soldadura-juntadura ugarirekin. Artikulazio horiek guztiak modu integralean eta eraginkorrean ikuskatzea lan izugarria izan daiteke.
4. Akatsen identifikazioa: BGA soldadura-junturetan akatsak identifikatzeko, hala nola, pitzadurak, hutsuneak edo osorik bustitzea, ekipamendu eta esperientzia espezializatuak behar dira.

BGA soldadura-junturen kalitatea eta fidagarritasuna bermatzeko, ikuskapen-teknika eraginkorrak behar dira. Informazio gehiago lortzeko, jo ezazu The Need for Weld Inspection Using a Digital Microscope: Inspection Methods Explained | Active Wave Digital Microscope.

BGA Soldadura-junturak ikuskatzeko teknikak

Erronka horiek gainditzeko, hainbat ikuskapen-teknika eta tresna garatu dira BGA soldadura-junturen kalitatea ebaluatzeko. Metodo horien artean daude:

1. X izpien ikuskapena:

X izpien ikuskapena BGA soldaduraren kalitatea ebaluatzeko metodorik erabiliena da. BGA paketearen barruan ikusteko eta soldadura-junturen osotasuna ebaluatzeko modu ez-suntsitzailea eskaintzen du. X izpien ikuskapen-mota nagusi daude:

• 2D X izpien erradiografia: Teknika honek BGA muntaiaren 2D X izpien irudiak hartzen ditu. Errentagarria da eta hutsuneak eta soldadura nahikoa ez bezalako arazoak identifikatu ditzake. Hala ere, soldadura-itzalen gainjarriak jasan ditzake PCBaren bi aldeetan osagaiak daudenean, eta zaila da akatsak zehaztasunez zehaztea.
• X izpien tomografia: X izpien tomografia, 3D erradiografia edo tomografia konputazionatua (CT) izenez ere ezaguna, irtenbide aurreratuagoa eskaintzen du. BGAren ebakidura-irudiak sortzen ditu, soldadura-junturak hiru dimentsiotan zehatz-mehatz aztertzeko aukera emanez. Teknika honek akatsak detektatzeko eta lokalizazio hobeak eskaintzen ditu.

2. Ikuskapen optikoa:

Ikuskapen optikoko metodoek kamerak, mikroskopioak edo endoskopioak erabiltzen dituzte BGA soldadura-junturak bisualki ebaluatzeko. X izpien ikuskapena bezain indartsua ez den arren, metodo optikoek baliotsuak dira gainazaleko akatsak eta irregulartasunak identifikatzeko. Hala ere, baliteke ezkutuko akatsik ez hautemateko soldadura-junturetan.

3. Ultrasoinuen ikuskapena:

Ultrasoinuen ikuskapen-teknikek soinu-uhinak erabiltzen dituzte BGA soldadura-junturen egitura-osotasuna ebaluatzeko. Ultrasoinu-uhinak paketean sartu eta barne-egiturari buruzko informazioa eman dezakete, hutsuneen edo delaminazioen presentzia barne. Metodo hau bereziki erabilgarria da soldadura-junturen erresistentzia mekanikoan eragina duten akatsak detektatzeko.

4. Irudi termikoak:

Irudi termikoko kamerak BGA muntaian tenperatura-aldakuntzak hauteman ditzakete reflow soldatzean. Tenperatura-profiletako anomaliek akatsak adieraz ditzakete, hala nola soldadura nahikoa ez izatea edo soldadura-juntura hotzak. Metodo hau fabrikazio prozesuan eraginkorra den arren, baliteke soldadura osteko ikuskapenerako egokia ez izatea.

Ikuskapen-ekipo automatizatuen eginkizuna

Ikuskapen automatikoko ekipamendua ezinbestekoa bihurtu da elektronika modernoaren fabrikazioan, batez ere BGA multzo konplexuekin aurre egitean. Makina hauek BGA anitz eskaneatu eta azter ditzakete, kalitate-kontrol koherentea bermatuz. BGA ikuskatzeko ekipo automatizatuen ezaugarri nagusiak hauek dira:

• Abiadura handiko eskaneatzea: Sistema automatizatuek BGA ugari ikuskatu ditzakete azkar, ekoizpen denbora eta kostuak murriztuz.
• Akatsen aitorpena: Makina-ikuspegiko sistema aurreratuek akatsak zehaztasun handiz identifikatu eta sailka ditzakete, hutsuneak, pitzadurak eta soldadura-bolaren irregulartasunak barne.
• Datuen analisia: Ikuskapen automatikoko ekipamenduak txosten eta datu integralak sortzen ditu, fabrikatzaileek akatsen jarraipena egiteko, joerak identifikatzea eta soldadura-prozesuak hobetzeko aukera emanez.
• Integratzeko erraztasuna: Sistema horiek ezin hobeto integra daitezke ekoizpen-lerroetan, ikuskapen-prozesua erraztuz.
• Kalitatea ziurtatzea: Ikuskapen automatikoak giza akatsen arriskua murrizten du eta kalitate koherentea bermatzen du BGA guztietan.

BGA Soldadura-junturak onartzeko irizpideak

BGA soldadura-junturen kalitatea zehaztasunez ebaluatzeko, ezinbestekoak dira onarpen-irizpide argiak. IPC-A-610C-k BGA soldadura-juntura onartzeko jarraibide zehatzak eskaintzen ditu. Lehenago diren BGA soldadura-junturak ezaugarri batzuk izan behar dituzte: leunak, biribilak, muga argiak izan eta hutsunerik gabe egon behar dute. Soldadura-juntura guztien diametroa, bolumena, gris-eskala eta kontrastea koherenteak izan behar dira, lerrokatuta dauden posizioekin, desplazamendurik, bihurridurarik edo soldadura-bolarik gabe.

Hobestutako estandarrak barra altua ezartzen duen arren, soldadura-juntura kualifikatuei irizpide apur bat lasaiak aplikatzen zaizkie. Lerrokaturiko posizioetarako, BGA soldadura-junturak % 25eko desplazamendua izan dezake padarekiko. Soldadura-bolak ez du soldadura-bola hurbilenen arteko distantziaren % 25 gainditu behar.

BGA soldadura-junturen akats tipikoak

Onarpen-irizpideak bete arren, BGA soldadura-junturak hainbat akats izan ditzakete. Akats horiek honakoak dira:

1. Soldadura-junturak: Soldadura behar bezala lotzen ez denean gertatzen dira, eta ondorioz zirkuitu irekiak edo konexio txarrak sortzen dira.
2. Zirkuitu Irekiak: Soldadura-junturako eten osoek zirkuitu irekiak eragiten dituzte, eta konexio elektrikoa eten egiten dute.
3. Soldadura Bolak falta dira: Soldadura-bola osatugabeak edo falta direnek konexio fidagarriak sor ditzakete.
4. Hutsune handiak: Soldadura-junturaren hutsuneek egitura-osotasuna ahuldu dezakete eta potentzialki porrota ekar dezakete.
5. Soldadura-bola handiak: Soldadura-bola handiek konexio irregularrak sor ditzakete eta aldameneko osagaiekin oztopatu.
6. Ertz lausoak: Gaizki definitutako soldadura-junturaren mugak soldadura ezin hobea adieraz dezakete.

Akats polemikoa - Huts

Eztabaida gai izaten jarraitzen duen BGA soldadura-junturen alderdi bat hutsuneen onarpen-irizpidea da. Hutsuneak soldadura-junturaren barruko espazio edo barrunbe hutsak dira. Hutsuneak BGAetarako soilik ez diren arren eta beste ontzi-motetako soldadura-junturak eragin ditzakete ere, BGAentzako erronka bereziak sortzen dituzte. Beste pakete batzuek ez bezala, BGA soldadura-juntura guztiak txiparen azpian ezkutatuta daude, eta X izpien ikuskapena hutsunea detektatzeko metodo nagusia da.

Hutsuneek BGAen fidagarritasunean duten eragina ziurgabetasun eta eztabaida gaia da. Batzuen ustez, hutsune txiki eta saihestezinek fidagarritasuna hobe dezakete. IPC-7095 estandarrak, 'BGA gauzatzeko diseinu eta muntaketa prozesua' izenekoak, hutsune mugatuen onura potentzialak onartzen ditu, baina hutsuneen tamaina onargarriak zehazteko estandar definituen beharra azpimarratzen du.

Hutsuneen posizioa eta kausa

BGA soldadura-junturetako hutsuneak hiru geruza nagusitan ager daitezke:

1. Osagai Geruza: Geruza hau BGA osagaitik hurbilen dago eta sarritan hutsuneak izaten ditu aire-burbuilen edo fluxu-gas hegazkorren ondorioz, reflow-soldaduran.
2. Pad Geruza: geruza honetako hutsuneak koskorrari aplikatutako soldadura-pastearen fluxuaren hegazkortasunaren ondorioz sor daitezke, eta hoztu ondoren gasak ihes egitea eragin dezake.
3. Soldadura Bola Geruza: Soldadura-boletan hutsegitea gerta daiteke soldadura egin aurretik, baliteke soldadura-bolen fabrikazio-prozesuaren, soldadura-pasta-materialaren arazoen edo zirkuitu-plaken diseinuaren ondorioz.

Esate baterako, zulo baten azpian diseinatzen bada, kanpoko airea soldadura urtutako bolara sar daiteke soldadura bitartean. Honek soldadura-bola barruan hutsune bat sor dezake soldadura-prozesua amaitu eta soldadura hoztu ondoren.

Soldaduran zehar errefluxuaren tenperatura-profilak garrantzi handia du hutsuneak eratzean. % 63 Sn eta % 37 Pb bezalako soldadura-konposizio eutektikoak hutsuneak jasan ditzakete, eta % 10 Pb eta % 90 Sn bezalako fusio-puntu handiko konposizioa duten soldadura bolak, 302 °C-ko urtze-puntua dutenak, gutxiago erakusten dituzte. hutsuneak ez baitira urtzen fluxuaren soldadura prozesuan.

Hutsak onartzeko irizpideak

Soldadura-juntura baten barruan hutsuneak egoteak estresa eragin dezake ziklo termikoan, potentzialki uzkurtzea eta hedapena eraginez. Hutsuneen kokapenak eta tamainak soldadura-junturen fidagarritasunean eragina izan dezake. Hala ere, hutsuneek tentsio mekanikoa ere murriztu dezakete soldadura-junturaren barruan espazio gehigarria eskainiz.

IPC-7095-ek hutsuneetarako onarpen-irizpide espezifikoak zehazten ditu, haien posizioa eta tamaina kontuan hartuta. Soldadura-bola, pad-geruzaren edo osagai-geruzaren barruan duten kokapena edozein dela ere, hutsuneen tamainak eta kopuruak kalitatean eta fidagarritasunean duten eragina zehazten dute. Soldadura-bolen barruan hutsune txikiak onartzen dira, soldadura-bolaren espazioarekiko hutsunearen espazioa faktore kritiko gisa balio duena. Adibidez, soldadura-bolaren diametroaren % 50eko diametroa duen hutsune batek soldadura-bolaren azaleraren % 25 hartzen du.

IPC estandarrek zehazten dute pad-geruzan hutsuneak ez dutela soldadura-bolaren azaleraren %10 baino gehiago izan behar. % 25etik gorako hutsuneak akatstzat hartzen dira, fidagarritasun mekaniko eta elektrikorako arriskuak sortuz. % 10 eta % 25 artean dauden hutsuneetarako, prozesuen hobekuntzak gomendatzen dira horiek kentzeko edo murrizteko.

Prozesua Hobetzeko Ondorioa eta Iradokizunak

BGA soldadura arrakastatsua lortzeak hainbat faktore kritiko eta praktika onen atxikimendua dakartza. Soldadura-junturaren kalitatea hobetzeko eta akatsak minimizatzeko, gomendio hauek hartu behar dira kontuan:

1. Soldadura Pasta Kalitate: Ziurtatu uniformeki nahastutako soldadura-pasta freskoaren erabilera orearen eta osagaien kokapen zehatzarekin.
2. Osagaien Prestaketa: Plastikoz ontziratutako PBGA gailuetarako, 100 °C-tan aurrez lehortzea 6-8 orduz soldatu aurretik, hobe nitrogenoarekin, onuragarria izan daiteke.
3. Reflow tenperatura profila: Arretaz diseina ezazu errefluxuaren tenperatura-profila beroketa uniformea ​​eta soldadura erabat urtzea bermatzeko. Tenperatura-profil desegokiek soldadura-juntura hotzak edo urtze osatugabeak ekar ditzake.
4. Soldadura Pasta Aplikazioa: Aplikatu soldadura-pasta kopuru egokia, biskositatea kontuan hartuta, gailua aldi baterako ziurtatzeko eta soldadura-zubiak saihesteko.
5. Pad Uniforme Diseinua: Diseina ezazu tamaina uniformedun BGA paketeetarako PCB padak eta saihestu kuxinen azpian dauden prozesuak diseinatzea. Koxinen azpian prozesuak beharrezkoak diren kasuetan, erabili PCB fabrikatzaile egoki bat eta ziurtatu zuloen diseinu egokia, pad handien eta txikien arteko lata-kopuruaren eta altueraren desberdintasunak saihesteko.
6. Soldadura-maskararen kalitatea: BGA soldadura baino lehen, egiaztatu soldadura-maskararen kalitatea kuxinen inguruan eta ziurtatu viaak hesi-film batekin estalita daudela. Ekoizpenean soldadura erresistentearen filma gehitzea PCBaren kontrako aldean ez da eraginkorra eta arazo laburrak eta zirkuitu laburrak bezalako arazoak sor ditzake.

Gomendio hauei erantzunez eta BGA soldadura baino lehen ondo prestatuz, akatsak gutxitu daitezke, eta pasabide-tasa handia lor daiteke. Azken helburua akatsak ezabatzea da birlanketara jo gabe, BGA soldadura-junturetan kalitate eta fidagarritasun maila gorena bermatuz.

Baldintza honek hornikuntzan edo ekoizpen-argitalpenean eragina badu, alderatu PCB kalitate-berme prozesuarekin eta mikrovia eta HDI diseinuarekin, azken fitxategiak berrikusteko bidali aurretik.