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Al fine di prevenire la rottura della sfera di saldatura, i cuscinetti BGA dovrebbero essere progettati come SMD o NSMD?
Perché discutere del design SMD (Solder-Mask Defined) e NSMD (Non-Solder-Mask-Defined) dei pad/pad BGA nel processo di elaborazione PCBA? È per consentire a BGA di aumentare la resistenza alle sollecitazioni esterne e agli impatti causati dalla rottura dello stagno. Anche se la conclusione finale è che BGA dovrebbe essere progettato come SMD o NSMD, non c'è differenza significativa, ma il pad BGA del circuito stampato utilizza [NSMD + plugged-via] Ancora la nostra direzione di progettazione non è cambiata.
Lo scopo di questo esperimento è quello di utilizzare SMD o NSMD per resistere a maggiori sollecitazioni durante la verifica della progettazione del pad BGA.
Prima dell'esperimento, ho consultato alcuni esperti di PCB. La risposta che ho ottenuto è stata che l'errore nei risultati di un tale esperimento è in realtà molto grande. Può essere usato come riferimento per dubbi, perché molti parametri influenzeranno i risultati.
Condizioni e parametri di prova di spinta (taglio) e trazione (tiro) della palla di saldatura BGA:
Preparazione della prova di spinta (taglio) e trazione (tiro) della palla di saldatura BGA
# Diametro palla: 0.4mm #
Laminato FR4, TG150
# Spessore: 1.6mm #
â Trattamento superficiale del circuito stampato (Finito): ENIG (nichel immersion gold)
Lega di saldatura a sfera SAC305
Lega pasta salda SAC305
# Taglio alla velocità: 5000um/sec
# Standoff degli attrezzi da taglio: 10%
â dimensione del pad NSMD (diametro): 0.35mm (pad), 0.40mm (S/M)
â dimensione del pad SMD (diametro): 0.35mm (S/M), 0.40mm (pad)
Condizioni di prova di spinta (taglio) e trazione (tiro) della palla di saldatura BGA che impostano problemi:
In questo esperimento, le sfere di saldatura sono saldate direttamente sul circuito FR4 di nostra concezione, invece della scheda portante BGA. La pasta di saldatura deve essere stampata prima della semina della palla per evitare lo spostamento quando passa attraverso il forno di riflusso. Anche perché la temperatura del forno di riflusso è difficile da controllare, molte sfere di saldatura si trovano deformate dopo aver attraversato il forno di riflusso, ma la forma sferica è ancora lì. In questo test, sono state realizzate un totale di quattro schede, due delle quali sono state progettate per le pastiglie di saldatura SMD e due sono state progettate per pastiglie di saldatura NSMD. Ogni scheda è stata saldata selettivamente con 20 sfere di saldatura, e il via-in-pad aveva 11 sfere di saldatura. No-via ha 9 palle di saldatura ciascuna.
Risultati della prova di spinta (taglio) e trazione (pull) della palla di saldatura BGA
La spinta media (taglio) e la trazione media (Pull) dopo la prova mostrano entrambi che NSMD è migliore di SMD, ma la differenza di trazione non è molto evidente e la differenza di trazione (Pull) è considerata significativa. (Se avete tempo, studiamo se la sentenza ANOVA è significativa, al momento giudichiamo solo se è significativa per esperienza)
* Tirare: NSMD (884.63gf), deviazione standard 57.0gf> SMD (882.33gf), deviazione standard 75.1gf. La differenza è solo 2.3fg.
Taglio: NSMD (694.75g), deviazione standard 45.8gf> SMD (639.21g), deviazione standard 54.5gf. La differenza è 55.54fg.
â Indipendentemente dalla trazione o spinta SMD e NSMD pad design, è dimostrato che i pad con fori passanti e plugged-via hanno una migliore capacità di resistere allo stress push-pull, ma non è così evidente come previsto. Sotto l'elemento di prova di spinta (Shear) [NSMD+plugged-via] ha eseguito il meglio, che era in linea con le aspettative. Tuttavia, sotto l'elemento di prova di trazione, il [SMD + plugged-via (foro della spina)] ha funzionato meglio. Ciò richiede ulteriori discussioni.
Conclusioni della prova di spinta della palla di saldatura BGA (taglio) e trazione (tiro) e fenomeni osservati e fenomeni negativi dopo guasto sperimentale (modalità di guasto):
Tirare: NSMD No-via pad
â Osservando i campioni di prova della progettazione del pad NSMD sotto la voce della prova di trazione, si è scoperto che quasi la maggior parte dei pad No-Via sono stati staccati dopo la prova di trazione e 7 dei 9 pad sono stati staccati, solo 2 I pad non sono staccati. Una palla di saldatura sul pad ha fallito prima dell'esperimento.
Tirare: NSMD + tampone plug-via (foro della spina)
I risultati di trazione delle pastiglie di saldatura via-in-pad nei campioni di prova progettati da pastiglie di saldatura NSMD sono piuttosto disordinati. 2 dei 10 cuscinetti di saldatura sono completamente intatti e ci sono ancora punte nel mezzo dei cuscinetti di saldatura a sfera rotti. Materiale di saldatura a forma di (945.4gf), gli altri 5 cuscinetti di saldatura vengono tirati su, ma i cuscinetti di saldatura sono solo parzialmente staccati, la superficie di frattura è nello strato IMC della saldatura (863.8gf) e i restanti 3 cuscinetti di saldatura sono completamente tirati su (903.9gf).
Tirare: NSMD + tampone plug-via (foro della spina)
Pull: SMD
â I 10 cuscinetti di saldatura con via spine e 10 senza via sono tutti lasciati sul circuito stampato senza essere tirati su, e ci sono residui di saldatura taglienti sulla sezione tirata. Questo risultato dimostra anche la nostra conoscenza passata che la forza di legame del pad SMD sarà più forte, quindi la crepa apparirà sulla superficie della saldatura.
Spinta (taglio): NSMD
Uno dei cuscinetti di saldatura senza vias è stato completamente rimosso, e i restanti 18 cuscinetti di saldatura non sono stati tirati su, tutti sono stati rotti alla spinta. Una palla di saldatura sul pad ha fallito prima dell'esperimento.
Spinta (taglio): SMD
20 pastiglie di saldatura sono tutte lasciate intatte e intatte, lasciando residui taglienti di saldatura.
Confrontando il fenomeno di SMD e NSMD pad pull-up, può ancora vagamente dimostrare che la forza di legame di SMD è più forte.
Modalità di guasto dopo BGA Solder Ball Push-Pull Force Test
Modalità di guasto dopo BGA Solder Ball Push-Pull Force Test
In sintesi, il design del pad di [NSMD+plugged-via] in realtà ha un certo effetto di rafforzare la forza di legame del pad. Anche se 3/10 del pad viene tirato su dall'intero peeling, è confrontato con [NSMD No-via] Ci sono 7/9 pad di saldatura che sono completamente staccati, che è considerato un miglioramento, ma il miglioramento non è così significativo come previsto. Può essere correlato alla profondità e alle dimensioni della via.
Possibili problemi residui:
Quando la superficie di frattura appare nello strato IMC, lo sforzo di trazione che può sopportare è il peggiore. Cosa significa questo? Il via-in-pad non ha raggiunto l'effetto crisantemo di terra previsto?
Lo strato IMC e' davvero il punto piu' debole dell'intera struttura di saldatura?
postscript:
Anche se le conclusioni di cui sopra suggeriscono che il design del pad [NSMD + plugged-via] è raccomandato per migliorare la capacità della saldatura BGA di resistere allo stress, è innegabile che se la fabbrica di PCB vuole fare affidamento solo su queste piccole modifiche del design del pad per raggiungere la risoluzione del problema di cracking o caduta della saldatura della palla di saldatura BGA sembra essere una fonte di destino, il che è impraticabile! Immaginate come la piccola palla di saldatura può resistere allo stress di flessione causato dalla forza esterna del circuito stampato? Per risolvere completamente il problema della rottura dello stagno BGA, è necessario tornare all'essenza della progettazione del meccanismo.
