PCB技術 - PCBA講演会SMDとNSMDパッド設計の比較

はんだボール割れ防止のために, BGAパッドはSMDまたはNSMD?

Why discuss the SMD (Solder-Mask Defined) and NSMD (Non-Solder-Mask-Defined) design of BGA pads/パッド PCBA処理 プロセス? BGAは、錫の割れに起因する外部応力と衝撃に対する抵抗を増加させることである. 最終的な結論は、BGAはSMDまたはNSMD, 有意差はない, but the BGA pad of the circuit board uses [NSMD+plugged-via] Still our design direction has not changed.

この実験の目的は、BGAパッドの設計を検証するとき、より大きなストレスに耐えるために、SMDまたはNSMDを使用することである。

実験前, 相談した PCBエキスパート. 私が得た答えは、そのような実験の結果の誤りが実際に非常に大きいということでした. それは疑いの参考として使用できますか, 多くのパラメータが結果に影響するので.

BGAはんだボールスラスト（せん断）とプル（プル）試験条件とパラメータ

BGAはんだボールスラスト（せん断）とプル（プル）試験準備

φφボール径：0.4 mm

ラミネート：FR 4、TG 150

厚み厚：1.6 mm

回路基板表面処理（完成）：ENIG（ニッケル浸漬金）

綾ボールはんだ合金：SAC 305

はんだペーストろう材：SAC 305

速度でのせん断角：5000μm / sec

せん断角剪断工具スタンドオフ：10 %

NYMDパッドサイズ（直径）：0.35 mm（パッド）、0.40 mm（s / m）

パッドゴムパッドサイズ（直径）：0.35 mm（S / M）、0.40 mm（パッド）

BGAはんだボールスラスト（せん断）及びプル（プル）試験条件設定問題

この実験では、BGAキャリアボードの代わりに、はんだボールを直接設計したFR 4基板上に半田付けする。リフローオーブンを通過する際に、変位を避けるために、ボール植栽の前に半田ペーストを印刷しなければならない。また、リフロー炉の温度が制御するのが困難であるため、リフロー炉を通過した後、多くの半田ボールが変形することが判明したが、球形は依然として存在する。この試験では，smdはんだパッドの二つを設計し，2個のnsmdはんだパッドを設計した。各々のボードは、20のハンダ・ボールで選択的にはんだ付けされて、パッドのビアは、11のハンダ・ボールを有した。いいえビアは9はんだボールをそれぞれ持っています。

BGAはんだボールスラスト（せん断）とプル（プル）試験結果

テストの後の平均推力と平均プル（プル）は、両方ともNSMDがSMDよりよいことを示します、しかし、プルの違いは非常に明白でありません、そして、プル（プル）の違いは重要であると考えられます。（もし時間があれば、アノバの判断が重要であるかどうか研究しましょう。現在のところ、経験から意義があるかどうか判断するだけです）

引き角：NSMD（884.63 gf）、標準偏差57.0 gf＞SMD（882.33 gf）、標準偏差75.1 gf。差は2.3 fgである。

せん断角せん断：NSMD（694.75 g）、標準偏差45.8 gf＞SMD（639.21 g）、標準偏差54.5 gf。差は55.54 fgである。

引かれたか突き刺すSMDとNSMDパッドデザインに関係なく、穴を通して、突き通したビアを持つパッドがプッシュプルストレスに耐えるより良い能力を持つことは、示されます、しかし、それは予想通り明白でありません。推力（せん断）テスト項目の下では、[ NSMD + Plug - via ]は期待に沿っていた最高を行いました。しかし、プルテスト項目の下では、SMD +プラグインビア（プラグホール）がベストです。これには更なる議論が必要である。

BGAはんだボールスラスト（せん断）とプル（プル）試験結論と実験的破壊（故障モード）後の観察された現象と悪い現象

プル：パッド経由でNSMD NO

引張試験項目によるNSMDパッド設計の試験サンプルを観察したところ、引張試験終了後、ノービアパッドのほとんどが剥離され、9個のパッドのうち7個が剥離され、2パッドのみが剥離されないことがわかった。パッドの上の1つのハンダボールは、実験の前に失敗しました。

プル：NSMD +プラグイン（プラグホール）パッド

NSMDハンダパッドによって設計されたテストサンプルにおけるビアインパッドはんだパッドの引張結果は、かなり厄介である。10個の半田パッドのうちの2つは完全に損傷を受けず、壊れたはんだボール半田パッドの真ん中にまだチップがある。ハンダ材料（945.4 gf）、他の5つの半田パッドがプルアップされるが、ハンダパッドは部分的に剥離され、破壊面は半田のIMC層（863.8 gf）であり、残りの3つの半田パッドは完全に引っ張られる（903.9 gf）。

プル：NSMD +プラグイン（プラグホール）パッド

プル：SMD

ビアプラグ10個とビア無し10個のはんだパッドは、プルアップせずに回路基板上に全て残っており、引張り部にはハンダ残渣がある。この結果は，smdパッドの結合力がより強くなるように，過去の知見を証明し，亀裂がはんだ表面に現れる。

スラスト（せん断）：NSMD

ビア無しのはんだパッドの1つは、完全に除去され、残りの18個の半田パッドは引き上げられず、すべての突起が押し込まれた。パッドの上の1つのハンダボールは、実験の前に失敗しました。

スラスト（せん断）：SMD

チップ20個のハンダパッドはすべて残っていて、破損していません。

SMDとNSMDパッドプルアップの現象を比較して、SMDの結合力がより強くなることをまだ証明することができます。

BGAはんだボールプッシュプル力試験後の故障モード

BGAはんだボールプッシュプル力試験後の故障モード

要約すると、［NSMD＋プラグインビア］のパッド設計は実際にパッドの結合力を強化する効果がある。パッドの3／10は剥離全体でプルアップされているが，［nsmd no via］と比較して完全に剥離された7／9のはんだパッドがあり，改善されたと考えられるが，改善は期待通りではない。それは、ビアの深さとサイズに関連しているかもしれません。

残りの問題点

imc層に破断面が現れると，引張応力は耐えられる。これはどういう意味ですか。パッド内のビアは予想菊の効果を達成しなかった？

IRC層は、半田構造全体で最も弱い場所である。

PostScript :

Although the above conclusions suggest that [NSMD+plugged-via] pad design is recommended to enhance the ability of BGA solder to withstand stress, もしそうならば PCB工場 BGAはんだボールのはんだの亀裂または落下の問題を解決することを達成するためにこれらの小さいパッド設計変更に頼りたいだけは運命の源であるようです, どちらが実際的でない! 小さなはんだボールが回路基板の外力に起因する曲げ応力に耐えることができるかを想像する? BGAすず割れの問題を完全に解決するために, メカニズム設計の本質に戻る必要がある.