SMT-BGA-Design- und Montageprozess: BGA-Defekte und Fehleranalysefälle

In diesem Artikel werden mögliche Montageanomalien im Zusammenhang mit der Montage von BGA-Komponenten identifiziert. Es beschreibt Postprozessfehler im Zusammenhang mit den Eigenschaften der Montagestruktur sowie Variationen bei den als BGA-Anschlüssen verwendeten Lotkugeln. In vielen Fällen, Wenn die Merkmale auf Verbindungspunktfehler zurückgeführt werden, Eine spezielle Diskussion über die Metallographie der Anschlüsse ist erforderlich. Die endgültige Verbindungspunktstruktur wird ebenfalls analysiert.

1.Lötenresist definierte BGA -Bedingungen

BGA -Pads werden auf zwei Arten definiert: Lötmittelresist definiert (SMD), Wo die Padgröße größer ist als die Öffnung im Lötmittel widerstand, Lassen Sie den geschmolzenen BGA -Lötball nach dem Reflow -Löten kontaktieren; und eine andere Methode, die als geätzter oder nicht gesalterem Widerstand definiert ist (NSMD), Wo der Lötmittelresist der Öffnung größer ist als das Kupferpolster, Daher kontaktiert der Lötkugel den Lötmittel nicht nach dem Reflow -Löten. Siehe Abschnitte 1.1 Und 1.2 für Details.

1.1 Lötmittelresist definiert vs. Nicht definierte Pads

1.2 Lötmittelresist definierte Pads auf Produktplatten

Definierte Lotstempfleger können für entsprechende nicht kritische oder funktionelle Stifte verwendet werden, da SMD-Pads dazu beitragen können. Jedoch, Es ist zu beachten.

Der Hauptnachteil von Lötmittel Resist Defined Pads liegt in der durch SMD erzeugten Spannungskonzentration (Lötmittelresist definiert) Lötstellen, Dies wird zum Ursprung des Lötenversagens und verringert die Zuverlässigkeit. Wie in Punkt gezeigt 3 unten, Für die gleiche Lötverbindung, Der Ermüdungslebensfaktor bei der Verwendung nicht sorrerer resist definiert (NSMD) Erhöht sich um einen geschätzten 1.25 Zu 3 Zeiten im Vergleich zu SMD -Pads, mit größeren Verbesserungen unter strengeren Lastbedingungen.

SMD -Pads haben drei Hauptnachteile

• Weniger Substratbereich verursacht eine Spitzenrennung
• Verlust der Pad -Größe Genauigkeit
• Reduzierte Zuverlässigkeit, Da es sich um den Ursprung des frühen Misserfolgs bei Lötverbindungen handelt

2.Übermäßiger Zusammenbruch von BGA -Lötkugeln

Formulierte BGA -Lötkugeln kollabieren typischerweise von ihrer ursprünglichen Größe von 750 μm auf etwa 625 μm. Nachdem das Paket an das Board gelötet wurde, Die Lötkugeln kollabieren auf etwa 500 μm. Jedoch, Wenn es im Paket Kühlkörper oder Wärmeblöcke gibt, Die Lötbälle können auf 300 μm fallen. Wenn sich die Lötbälle flach machen, Ihre Zuverlässigkeit nimmt aufgrund der begrenzten Löthöhe und der Flexibilität der Lötverbindungen ab. Auch, Die Erweiterung der Lötbälle kann den erwarteten Pitch -Lücken überschreiten. Eine bessere Annäherung ist eine anfängliche Reflow -Reduktion von ungefähr 10% Höhe; mit dem zusätzlichen Gewicht der Kühlkörper, Diese Zahl kann zunehmen 25% der ursprünglichen Höhe (Lötkugeldurchmesser). Das Muster der Verbindungspolster und die Lücke im Lötmittelresist spielen auch eine Rolle in der Analyse. Die extremen Werte dieser Situation sind in Abschnitten gezeigt 2.1 Zu 2.4.

2.1 BGA Lötkugel ohne Kühlkörper, 300μm Haltungshöhe

2.2 BGA Lötkugel mit Kühlkörper, 375μm Haltungshöhe

2.3 BGA Lötkugel mit Kühlkörper, 300μm Haltungshöhe

2.4 Kritische Lötpastebedingungen

Die Menge an abgelagerte Lötpaste ist hilfreich für geformte BGA -Verbindungen, ist jedoch nicht sehr kritisch für die Bildung guter Lötverbindungen, Da können die Lötbälle selbst als Quelle des Lötens fungieren. Jedoch, Für Keramik -BGA (CBGA), Die Ablagerung ausreichender Lötpaste ist sehr wichtig. Für eine 890 μm CBGA, Die empfohlene Menge an Lötpaste beträgt 0,12 mm³, mindestens 0.08 mm³. Wenn nicht genug Lötpaste abgelagert wird, Wie im Abschnitt gezeigt 3.1, Die Zuverlässigkeit der Lötverbindung kann problematisch sein. Löten muss zu Hochtemperaturlötbällen oder -pfosten hinzugefügt werden.

2.5 Übermäßige dicke Paste -Ablagerung

2.6 Hohlraumerkennung durch Röntgen- und Abschnitt

Übertragungs-Röntgenstrahl kann das Vorhandensein von Hohlräumen erkennen (Lichtbereiche) und verwandte X-Y-Positionen. Diese Technik kann auch ungleiche oder fehlende Lötbälle erkennen (Verschiedene dunkle Bilddurchmesser), Beispiele, die im Abschnitt angezeigt werden 2.7. Jedoch, Röntgenabschnitte ist erforderlich, um die Vertikale zu bestimmen (Z-Achse) Hohlraumposition in der Lötverbindung.

2.7 Hohlräume und ungleiche Lötkugeln

Es gibt viele Gründe für die Bildung von Hohlräumen in BGAs. Obwohl häufigere Hohlräume im Abschnitt gezeigt werden 2.7, Hohlräume stellen kein Zuverlässigkeitsrisiko dar. Hohlräume wie die im Abschnitt gezeigten 2.8 kann standhalten 1000 Wärmezyklen (Kein Schock, 0-100°C). Auch in einigen Tests, Hohlräume reduzieren keine Ermüdungslebensergebnisse, Übermäßige Hohlräume in Lötverbeinen zeigen Probleme mit dem Design an, Verfahren, oder Materialien. Die Produktzuverlässigkeit sollte ebenfalls verifiziert werden.

2.8 Eierschalenlücken

3.Verzerrung und Verzerrung von BGA -Substraten

In normalen Montage -Reflow -Prozessen, geformte BGAs neigen dazu, sich zu verziehen. Es kann ein Verstand auf dem BGA -Substrat oder dem Produkt -PCB auftreten. Das Ergebnis ist gestresste Lötverbindungen, die offen oder Kurzschlussbedingungen werden. Temperatur (Reflow -Profil), BGA -Struktur, Lötpastevolumen, und Kühlbedingungen bringen potenzielle Mängel mit sich. Ecklötkugelshorts sind ein Hinweis auf eine BGA -Verzerrung, mit den Ecken des BGA -Pakets nach innen verzerrt (weinende BGA).

Löthorts treten zwischen benachbarten und/oder gegenüberliegenden BGA -Ecken aufgrund des Substrats nach unten biegen (weinendes Gesicht), Belastung der Ecklötbälle. Das gleiche Phänomen führt dazu, Wenn sich das Substrat von einem weinenden Gesicht zu einem lächelnden Gesicht ändert, Wie in Abschnitten gezeigt 3.1 Und 3.2. Wenn BGA -Substrate und Chips dünner werden, Das Paket steigt auch an. Einen robusten SMT -Prozess haben, Es wird empfohlen zu überprüfen. Dieser Prozess sollte genau überwacht werden, um sicherzustellen, dass keine zusätzlichen Mängel wie Lötbrücken oder Perlen auftreten.

3.1 BGA Interpose Substratverzerrung

Offene Schaltkreise von Ecklötbällen sind ein Hinweis auf BGA -Verzerrungen, mit den Paketecken nach oben heben. Dieser offene Stromkreis, Wie im Abschnitt gezeigt 3.2, Kann durch Verwendung zusätzlicher Lötpastevolumen minimiert werden.

3.2 Lötverbindungsverbindungsleitungskreis aufgrund des Interposer -Substrats -Verzugs

Das Aufbringen überschüssiger Lötpaste ist keine Lösung für dieses Problem. Die Identifizierung der Ursache und der Bekämpfung der Anomaliegründe ist wichtiger für die Festlegung eines robusten Prozesses. Ändern der Schablonenöffnung, um Lötpaste auf der Platine einzureichen, wie wenn der Reflow -Prozess optimiert wurde, Das BGA -Paket oder das BGA -Interposer -Substrat kann nicht neu gestaltet werden, oder die Produktkarte kann nicht neu gestaltet werden. Zusätzlich, Anomalien treten wahrscheinlich weiter auf, und bevor Sie einen Prozessänderungen vornehmen, Das Inventar von Löten und Komponenten sollte berücksichtigt werden. Wenn Sie sich für überschüssige Lötpaste entscheiden, um die Open Circuits der Ecklötkugel zu korrigieren, Überwachen Sie diesen Prozess genau, um sicherzustellen, dass keine zusätzlichen Mängel wie Lötbrücken oder Perlen auftreten.

Löten gemeinsame Bedingungen

Nächste, Wir diskutieren die Bedingungen der Lötkugeln, die mit der Montagestruktur und dem Interposer -Substrat verbunden sind. Für jeden Fall, Erklärungen werden zu den Ursachen dieser Erkrankung gegeben.

4.1 Ziellötbedingungen

4.2 Über oxidierte Lötbälle

4.3 Zeichen der Benetzbarkeit

4.4 Fehlbedingungen

4.5 Zinn/Blei -Lötkugelbewertung

4.6 Sacklegierung

4.7 Kalte Lötverbände

4.8 Unvollständige Verbindungen, die durch Pad -Kontamination verursacht werden

4.9 Kontamination durch deformierte Lötkugeln verursacht

4.10 Deformierte Lötbälle

4.11 Unzureichender Lötmittel und Fluss für eine angemessene Gelenkbildung

4.12 Reduzierter Kontaktbereich der Terminals

4.13 Lötbrücken

4.14 Unvollständiger Lötmittel -Reflow

4.15 Trockenlötgelenke

4.16 Open Circuits ohne Beschäftigungslötgele

4.17 Lötverbindungen von Kisseneffekten (Hüpfen)