Leiterplattentechnisch - Wie man mit der Verzugsung von BGA und PCB umgeht

Während des Heizens und der nachfolgenden Kühlzyklen verzögert sich das BGA-Paket oder die Leiterplatte möglicherweise. Diese Situation wird dazu führen, dass das Paket zu einem Bogen wird, wobei die Unterseiten der Mitte angehoben sind. Die bei der Röntgenuntersuchung gefundene Überbrückung bedeutet, dass der Heiz-Kühlzyklus die Ecke nach oben oder unten schiebt oder einen offenen Kreislauf verursacht. Diese Probleme finden sich in der Endoskopie oder visuellen Inspektion. Wenn die Leiterplatte verzogen ist, kann es zu einem offenen Stromkreis oder einem Kurzschluss an anderen Bauteilbereichen kommen.

Ursachen dieser Probleme

Der Verzug von BGA und Leiterplatte wird durch die Missübereinstimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen den Materialien verschiedener Verpackungskomponenten, wie Substrate, Siliziumchips und EMV-Verpackungsmaterialien verursacht. Beim Platzieren und Bewegen beeinflusst die Rate des Temperaturanstiegs die gleichmäßige Temperaturverteilung der gesamten Komponente, so dass die Rate des Temperaturanstiegs eine indirekte Beziehung mit der Größe der Verzug hat.

Darüber hinaus, wenn andere Bedingungen die gleichen sind, je größer das Paket, desto größer die Möglichkeit der Verformung. Natürlich beeinflusst auch die Art der Nacharbeitserhitzungsmethode (Heißluft-Nacharbeitssystem, Infrarotheizung (IR), Heißluftreflowofen, Dampfphasenofen usw.) die Verzug. Verwenden Sie wärmeleitende Materialien mit niedrigem CTE, die CTE angepasst werden können, um dieses Problem teilweise oder vollständig zu beseitigen.

Einige Kugelgitter-Arrays (PBGAs), die ein Kunststoffgehäuse verwenden, umfassen einen Wärmeverteiler, der dazu führt, dass sich die Oberseite des BGA-Pakets schneller ausdehnt als die Unterseite; Diese Kunststoffausdehnung zieht die Ecken des BGA nach unten. Die Feuchtigkeit im BGA kann auch zu Verzug führen, da sich die Komponenten in der Mitte ausbreiten müssen. In diesen Fällen können sich die Ecken des BGA nach oben kräuseln.

Durch eine Reihe von experimentellen Entwürfen können Sie bestätigen, welches Teil (BGA oder PCB) sich verzieht. Experimente zur Isolierung der Zug- und Schubflächen können helfen, dieses Problem zu lösen.

So reduzieren Sie Verzug

Wenn sich die BGA verzieht, haben die Ecken der BGA die größte Verschiebung, was eine große Anzahl von offenen Schaltungen und Brücken verursachen kann. Ähnlich kann sich die Leiterplatte nach oben oder unten biegen und die Lötpaste nach innen schieben, wodurch Brücken oder offene Schaltungen entstehen. Diese Bedingungen sollten durch visuelle Inspektion oder Röntgeninspektion ermittelt werden.

Eine Möglichkeit, Verzug zu minimieren, besteht darin, den Heiz- und Kühlprozess zu verlangsamen. Die Temperatur steigt während des Vorwärmvorgangs an und die Temperatur sinkt während des Abkühlvorgangs. Natürlich wollen Sie jetzt nicht, dass die Temperatur beim Abkühlen zu langsam sinkt, weil Sie keine grobkörnige Struktur schaffen wollen. In der Elektronikindustrie müssen entsprechende Kompromisse getroffen werden.

Die Steuerung feuchtigkeitsempfindlicher Geräte (MSD), einschließlich Leiterplatten und Komponenten, ist eine weitere Möglichkeit, die Auswirkungen von Verzug zu reduzieren. Die J-STD-0033- und JEDEC-Richtlinien für die Feuchtigkeitshandhabung sind die besten Referenzrichtlinien für den ordnungsgemäßen Umgang mit MSD. Wenn ihre Verzug mit Feuchtigkeitsaufnahme zusammenhängt, kann das Verbacken der Leiterplatten und Leiterplattenkomponenten vorgebacken und sie dann in einer trockenen Umgebung trocken halten, das Verzugsproblem lindern. Die Begrenzung der Belichtungszeit und das Verständnis der MSD-Werte von Leiterplatten und Komponenten spielen auch eine wichtige Rolle bei der Verringerung von Verzug im Zusammenhang mit der Feuchtigkeitsaufnahme.

Durch die Verwendung der gemäß der Formel hergestellten Lötpaste kann der Kisseneffekt reduziert werden, und es kann in Verbindung mit der entsprechenden Lötpaste verwendet werden, die auch den Einfluss der Lötkugelverzerrung begrenzen kann.

Durch geeignete Gestaltung des Volumens der Lotpaste, die auf jede Pad-Position aufgetragen wird, können einige Probleme im Zusammenhang mit PCB- und Geräteverzug effektiv begrenzt werden. In einigen Fällen werden die Pads während des Druckens übergangen, und in anderen Fällen wird das Volumen der Lötpaste auf den Pads während des Druckens reduziert, was die Auswirkungen von Verzug ausgleichen kann. Wenn beispielsweise der BGA in Richtung Leiterplatte nach innen gebogen wird, kann ein offensichtlicher Kurzschluss auftreten. In diesen Bereichen kann es notwendig sein, das Volumen der gedruckten Lotpaste so weit wie möglich zu reduzieren. Im Gegenteil, in dem der verzogene BGA die Leiterplatte "abbiegt", kann das Drucken eines größeren Volumens an Lotpaste die beste Lösung sein.