PCB Tecnico - Come affrontare la warpage di BGA e PCB

Durante il riscaldamento e i successivi cicli di raffreddamento, il pacchetto BGA o PCB potrebbe deformarsi. Questa situazione farà sì che il pacchetto diventi un arco con i lati inferiori del centro sollevati. Il ponte trovato nell'esame a raggi X significa che il ciclo di riscaldamento-raffreddamento spinge l'angolo verso l'alto o verso il basso o causa un circuito aperto. Questi problemi possono essere trovati nell'endoscopia o nell'ispezione visiva. Se il PCB è deformato, può causare un circuito aperto o un cortocircuito su altre aree componenti.

Cause di questi problemi

La deformazione del BGA e del circuito stampato è causata dalla mancata corrispondenza del coefficiente di espansione termica (CTE) tra i materiali di vari componenti di imballaggio, quali substrati, chip di silicio e materiali di imballaggio EMC. Quando si posiziona e si muove, il tasso di aumento della temperatura influenzerà la distribuzione uniforme della temperatura dell'intero componente, quindi il tasso di aumento della temperatura ha una relazione indiretta con la magnitudine della warpage.

Inoltre, quando altre condizioni sono le stesse, più grande è il pacchetto, maggiore è la possibilità di deformazione. Naturalmente, il tipo di metodo di riscaldamento di rilavorazione (sistema di rilavorazione dell'aria calda, riscaldamento infrarosso (IR), forno di riflusso dell'aria calda, forno di fase di vapore, ecc.) influenzerà anche la warpage. Utilizzare materiali termicamente conduttivi a basso-CTE, che possono essere personalizzati CTE, per eliminare parzialmente o completamente questo problema.

Alcuni array a griglia sferica (PBGA) che utilizzano una custodia in plastica includono uno spargitore di calore, che fa sì che la parte superiore del pacchetto BGA si espanda ad una velocità più veloce rispetto alla parte inferiore; Questa espansione plastica tira gli angoli del BGA verso il basso. L'umidità nel BGA può anche causare deformazioni, perché i componenti devono diffondersi nel mezzo. In questi casi, gli angoli del BGA possono arricciarsi verso l'alto.

Attraverso una serie di disegni sperimentali, è possibile confermare quale parte (BGA o PCB) sta deformando. Gli esperimenti isolando le superfici di trazione e spinta possono aiutare a determinare come risolvere questo problema.

Come ridurre la warpage

Quando il BGA si deforma, gli angoli del BGA avranno il maggior spostamento, che può causare un gran numero di circuiti aperti e ponti. Allo stesso modo, il circuito stampato può piegarsi su o giù, spingendo la pasta di saldatura verso l'interno, causando ponti o circuiti aperti. Queste condizioni devono essere individuate mediante ispezione visiva o ispezione a raggi X.

Un modo per ridurre al minimo la deformazione è rallentare il processo di riscaldamento e raffreddamento. La temperatura aumenta durante il processo di preriscaldamento e la temperatura scende durante il processo di raffreddamento. Naturalmente, ora non vuoi far scendere troppo lentamente la temperatura durante il raffreddamento, questo perché non vuoi creare una struttura a grana grossa. Nell'industria manifatturiera dell'elettronica è necessario fare compromessi adeguati.

Il controllo dei dispositivi sensibili all'umidità (MSD), inclusi circuiti stampati e componenti, è un altro modo per ridurre gli effetti della deformazione. Le linee guida J-STD-0033 e JEDEC per la gestione dell'umidità sono le migliori linee guida di riferimento per la corretta gestione della MSD. Se la loro deformazione è correlata all'assorbimento di umidità, pre-cottura dei circuiti stampati e dei componenti PCB e quindi tenerli asciutti in un ambiente asciutto, può alleviare il problema di deformazione. Limitare il tempo di esposizione e comprendere i livelli di MSD dei circuiti stampati e dei componenti giocherà anche un ruolo importante nella riduzione della deformazione legata all'assorbimento di umidità.

Utilizzando la pasta di saldatura prodotta secondo la formula, l'effetto cuscino può essere ridotto e può essere utilizzato in combinazione con l'appropriata pasta di saldatura, che può anche limitare l'influenza della deformazione della palla di saldatura.

Progettando opportunamente il volume della pasta di saldatura applicata a ogni posizione del pad, alcuni problemi relativi al PCB e alla deformazione del dispositivo possono essere efficacemente limitati. In alcuni casi, i pad sono transitati durante la stampa, e in altri casi, il volume di pasta di saldatura sui pad viene ridotto durante la stampa, il che può compensare gli effetti della warpage. Ad esempio, quando il BGA è piegato verso l'interno verso il PCB, può apparire un evidente cortocircuito. In queste aree, potrebbe essere necessario ridurre il volume della pasta di saldatura stampata il più possibile. Al contrario, nell'area in cui il BGA deformato piega "fuori" il circuito stampato, stampare un volume maggiore di pasta di saldatura può essere la soluzione migliore.