Leiterplattentechnisch - PCBA Hörsaal: Vergleich von SMD und NSMD Pad Design

Sollen die BGA-Pads als SMD oder NSMD ausgeführt werden, um Risse der Lötkugel zu vermeiden?

Warum sollte das SMD (Solder-Mask Defined) und NSMD (Non-Solder-Mask Defined) Design von BGA Pads/Pads im PCBA Verarbeitungsprozess diskutiert werden? Es soll BGA ermöglichen, die Beständigkeit gegen äußere Belastungen und Stöße zu erhöhen, die durch Zinnricken verursacht werden. Obwohl die Schlussfolgerung ist, dass BGA als SMD oder NSMD ausgelegt werden sollte, gibt es keinen signifikanten Unterschied, aber das BGA Pad der Leiterplatte verwendet [NSMD+plugged-via] Dennoch hat sich unsere Designrichtung nicht geändert.

Der Zweck dieses Experiments ist es, SMD oder NSMD zu verwenden, um größeren Belastungen standzuhalten, wenn das Design des BGA-Pads überprüft wird.

Vor dem Experiment habe ich einige PCB-Experten konsultiert. Die Antwort, die ich erhielt, war, dass der Fehler in den Ergebnissen eines solchen Experiments tatsächlich sehr groß ist. Kann er als Referenz für Zweifel verwendet werden, weil viele Parameter die Ergebnisse beeinflussen werden.

BGA Lötkugelschub (Scher) und Zug (Pull) Prüfbedingungen und Parameter:

BGA Lötkugelschub (Scher) und Zug (Pull) Prüfvorbereitung

Kugeldurchmesser: 0,4mm

Laminat: FR4, TG150

Dicke: 1.6mm

Oberflächenbehandlung der Leiterplatte (Fertig): ENIG (Nickel Immersion Gold)

Kugellötlegierung: SAC305

Lötpastenlegierung: SAC305

Shear at speeds: 5000um/sec

Scherwerkzeugabstand: 10%

NSMD Pad Größe (Durchmesser): 0.35mm (Pad), 0.40mm (S/M)

SMD Pad Größe (Durchmesser): 0.35mm (S/M), 0.40mm (Pad)

BGA Lötkugelschub (Schere) und Zug (Pull) Prüfbedingungen Einstellungsprobleme:

In diesem Experiment werden die Lötkugeln direkt auf die FR4-Leiterplatte unseres eigenen Designs gelötet, anstatt auf die BGA-Trägerplatte. Lötpaste muss vor dem Einpflanzen der Kugel gedruckt werden, um Verschiebungen beim Durchlaufen des Reflow-Ofens zu vermeiden. Auch weil die Temperatur des Reflow-Ofens schwer zu kontrollieren ist, werden viele Lötkugeln nach dem Durchlaufen des Reflow-Ofens verformt, aber die kugelförmige Form ist immer noch da. In diesem Test wurden insgesamt vier Platinen hergestellt, von denen zwei für SMD-Lötpads und zwei für NSMD-Lötpads entwickelt wurden. Jedes Board wurde selektiv mit 20-Lötkugeln gelötet, und das Via-in-Pad hatte 11-Lötkugeln. No-Via hat jeweils neun Lötkugeln.

BGA Lötkugelschub (Schere) und Pull (Pull) Testergebnisse

Der durchschnittliche Schub (Scherung) und der durchschnittliche Zug (Zug) nach dem Test zeigen beide, dass NSMD besser als SMD ist, aber der Unterschied in Zug ist nicht sehr offensichtlich, und der Unterschied in Zug (Zug) wird als signifikant angesehen. (Wenn Sie Zeit haben, lassen Sie uns untersuchen, ob das ANOVA-Urteil signifikant ist. Derzeit beurteilen wir nur, ob es aus Erfahrung signifikant ist)

Pull: NSMD (884.63gf), Standardabweichung 57.0gf> SMD (882.33gf), Standardabweichung 75.1gf. Der Unterschied ist nur 2,3fg.

Shear: NSMD (694.75g), Standardabweichung 45.8gf> SMD (639.21g), Standardabweichung 54.5gf. Der Unterschied ist 55.54fg.

Unabhängig von den Pull- oder Schub-SMD- und NSMD-Pad-Designs wird gezeigt, dass die Pads mit Durchgangslöchern und gestepptem Durchgang besser in der Lage sind, der Push-Pull-Belastung zu widerstehen, aber es ist nicht so offensichtlich wie erwartet. Unter dem Schubversuch (Schere) erzielte [NSMD+plugged-via] die besten Ergebnisse, was den Erwartungen entsprach. Beim Zugversuch zeigte sich jedoch die [SMD+Steckverbindung (Steckloch)] am besten. Dies erfordert weitere Diskussionen.

BGA Lötkugelschub (Scherung) und Pull (Pull) Testfolgerungen und beobachtete Phänomene und schlechte Phänomene nach experimentellem Versagen (Failure Mode):

Ziehen: NSMD No-Via Pad

Wenn man die Testmuster des NSMD-Pad-Designs unter dem Zugversuch beobachtet, wird festgestellt, dass fast die meisten No-Via-Pads nach dem Zugversuch abgezogen wurden, und 7 der 9-Pads haben sich abgezogen, nur 2 Die Pads werden nicht abgezogen. Eine Lötkugel auf dem Pad versagte vor dem Experiment.

Ziehen: NSMD mit Steckloch (Steckloch) Pad

Die Zugergebnisse von Lötpads über-in-Pad in den Testmustern, die von NSMD Lötpads entworfen wurden, sind ziemlich chaotisch. 2 der 10-Lötpads sind völlig unbeschädigt, und es gibt noch Spitzen in der Mitte der gebrochenen Lötpads. Geformtes Lötmaterial (945.4gf), die anderen 5-Lötpads werden nach oben gezogen, aber die Lötpads sind nur teilweise abgezogen, die Bruchfläche befindet sich in der IMC-Schicht des Lots (863.8gf), und die verbleibenden 3-Lötpads werden vollständig hochgezogen (903.9gf).

Ziehen: NSMD mit Steckloch (Steckloch) Pad

Pull: SMD

Die 10-Lötpads mit Durchgangsstopfen und 10-Durchgangsstopfen werden alle auf der Leiterplatte gelassen, ohne hochgezogen zu werden, und es gibt scharfe Lötresten auf der gezogenen Sektion. Dieses Ergebnis beweist auch unser bisheriges Wissen, dass die Haftkraft des SMD-Pads stärker ist, so dass der Riss auf der Lotoberfläche auftritt.

Schub (Schere): NSMD

Eine der Lötplatten ohne Durchkontakte wurde komplett entfernt, und die restlichen 18-Lötplatten wurden nicht hochgezogen, alle waren beim Schub gebrochen. Eine Lötkugel auf dem Pad scheiterte vor dem Experiment.

Schub (Schere): SMD

20-Lötpads sind alle intakt und unbeschädigt gelassen und hinterlassen scharfe Lötreste.

Vergleicht man das Phänomen SMD und NSMD Pad Pull-up, kann es immer noch vage beweisen, dass die Bindungskraft von SMD stärker ist.

Fehlermodus nach BGA Lötball Push-Pull Kraft Test

Fehlermodus nach BGA Lötball Push-Pull Kraft Test

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Pad-Design von [NSMD+plugged-via] tatsächlich einen gewissen Effekt hat, die Haftkraft des Pads zu verstärken. Obwohl 3/10 des Pads durch das gesamte Peeling hochgezogen wird, wird es mit [NSMD No-via] verglichen. Es gibt 7/9 Lötpads, die vollständig abgezogen sind, was als Verbesserung angesehen wird, aber die Verbesserung ist nicht so signifikant wie erwartet. Es kann mit der Tiefe und Größe des Durchgangs zusammenhängen.

Mögliche Restprobleme:

Wenn die Bruchfläche in der IMC-Schicht auftaucht, ist die Zugbelastung, die sie aushalten kann, die schlimmste. Was bedeutet das? Das Via-in-Pad hat nicht den erwarteten Effekt der Erdchrysantheme erreicht?

Die IMC-Schicht ist eigentlich die schwächste Stelle in der gesamten Lötstruktur?

Postscript:

Obwohl die obigen Schlussfolgerungen suggerieren, dass [NSMD+plugged-via] Pad-Design empfohlen wird, um die Fähigkeit des BGA-Lots, Stress zu widerstehen, zu verbessern, ist es unbestreitbar, dass, wenn die Leiterplattenfabrik nur auf diese winzigen Pad-Design-Änderungen vertrauen möchte, um zu erreichen, das Problem des Risses oder Fallens des Lots der BGA-Lötkugel scheint eine Quelle des Schicksals zu sein, was unpraktisch ist! Stellen Sie sich vor, wie die kleine Lötkugel der Biegebeanspruchung standhalten kann, die durch die äußere Kraft der Leiterplatte verursacht wird? Um das Problem des BGA-Zinn-Risses vollständig zu lösen, ist es notwendig, zur Essenz des Mechanismus-Designs zurückzukehren.