Hal pelajaran PCBA: membandingkan desain pad SMD dan NSMD

2021-10-30

Author：Downs

Untuk mencegah bola tentera retak, patutkah pads BGA dirancang sebagai SMD atau NSMD?

Mengapa membincangkan rancangan SMD (Solder-Mask Defined) dan NSMD (Non-Solder-Mask-Defined) pads/pads BGA dalam proses pemprosesan PCBA? Ia adalah untuk membenarkan BGA untuk meningkatkan resistensi terhadap tekanan luar dan kesan disebabkan oleh retakan tin. Walaupun kesimpulan terakhir adalah bahawa BGA seharusnya dirancang sebagai SMD atau NSMD, tiada perbezaan yang signifikan, tetapi pad BGA papan sirkuit menggunakan [NSMD+plugged-via] Masih arah dirancang kita tidak berubah.

Tujuan eksperimen ini adalah menggunakan SMD atau NSMD untuk menahan tekanan yang lebih besar bila mengesahkan reka pad BGA.

Sebelum eksperimen, saya berkonsultasi dengan beberapa ahli PCB. Jawapan yang saya dapat ialah ralat dalam hasil percubaan seperti ini sebenarnya sangat besar. Boleh digunakan sebagai rujukan untuk keraguan, kerana banyak parameter akan mempengaruhi keputusan.

Tekanan bola solder BGA (shear) dan tarik (pull) syarat ujian dan parameter:

Penyediaan ujian tekanan bola solder BGA (shear) dan tarik (pull)

Diameter bola: 0.4 mm

♪ Laminate: FR4, TG150

Lebar: 1,6 mm

♪ Circuit board surface treatment (Finished): ENIG (nickel immersion gold)

SAC305

♪ Solder paste alloy: SAC305

âª >Membongkar pada kelajuan: 5000um/saat

Stopping alat pemotong: 10%

papan pcb

Saiz pad NSMD (diameter): 0.35mm(pad), 0.40mm(S/M)

Saiz pad SMD (diameter): 0.35mm(S/M), 0.40mm(pad)

Tekanan bola solder BGA (shear) dan tarik (pull) syarat ujian menetapkan masalah:

Dalam eksperimen ini, bola tentera secara langsung didalam papan sirkuit FR4 desain kita sendiri, bukannya papan pembawa BGA. Pasta tentera mesti dicetak sebelum menanam bola untuk menghindari pemindahan apabila melewati oven reflow. Juga kerana suhu oven reflow sukar untuk dikawal, banyak bola tentera ditemukan telah deformasi selepas melalui oven reflow, tetapi bentuk sferik masih ada. Dalam ujian ini, jumlah empat papan dibuat, dua yang direka untuk pads askar SMD, dan dua yang direka untuk pads askar NSMD. Setiap papan dipilih secara selektif dengan 20 bola askar, dan via-in-pad mempunyai 11 bola askar. Tidak-via mempunyai 9 bola tentera masing-masing.

Tekanan bola askar BGA dan tarik (tarik) hasil ujian

Tengah rata-rata dan tarik rata-rata selepas ujian kedua-dua menunjukkan bahawa NSMD lebih baik daripada SMD, tetapi perbezaan tarik tidak terlalu jelas, dan perbezaan tarik (Tarik) dianggap signifikan. (Jika anda mempunyai masa, mari kita mempelajari sama ada penilaian ANOVA adalah signifikan.

âª Tarik: NSMD (884.63gf), deviasi piawai 57.0gf> SMD (882.33gf), deviasi piawai 75.1gf. Perbezaan hanya 2.3fg.

âª Shear: NSMD (694.75g), deviasi piawai 45.8gf> SMD (639.21g), deviasi piawai 54.5gf. Perbezaan adalah 55.54fg.

Tidak kira-kira tarik atau dorongan SMD dan reka pad NSMD, ia dipaparkan bahawa pads dengan lubang-melalui dan plugged-via mempunyai kemampuan yang lebih baik untuk menahan tekanan push-pull, tetapi ia tidak jelas seperti yang dijangka. Di bawah item ujian dorongan, [NSMD+plugged-via] melakukan yang terbaik, yang sesuai dengan jangkaan. Namun, di bawah item ujian tarik, [SMD+plugged-via (lubang plug)] dilakukan terbaik. Ini memerlukan perbincangan lanjut.

Tekanan bola solder BGA dan tarik (tarik) kesimpulan ujian dan fenomena yang dilihat dan fenomena buruk selepas kegagalan eksperimen (Mod Kegagalan):

Tarik: NSMD No-via pad

â−ª Melihat sampel ujian desain pad NSMD di bawah item ujian tegang, ia ditemukan bahawa hampir sebahagian besar pads No-Via telah dipotong selepas ujian tegang, dan 7 dari 9 pads telah dipotong, hanya 2 pads tidak dipotong.

Tarik: pad NSMD + plugged-via (lubang plug)

Keputusan tegang pads tentera melalui pad dalam sampel ujian yang direka oleh pads tentera NSMD agak berantakan. 2 dari 10 pads tentera adalah benar-benar tidak rosak, dan masih ada ujung di tengah pads tentera bola tentera patah. Bahan tentera bentuk (945.4gf), 5 pads tentera yang lain ditarik ke atas, tetapi pads tentera hanya sebahagian dipotong, permukaan pecahan adalah dalam lapisan IMC tentera (863.8gf), dan 3 pads tentera yang tersisa adalah sepenuhnya ditarik ke atas (903.9gf).

Tarik: pad NSMD + plugged-via (lubang plug)

Tarik: SMD

10 pads solder dengan melalui plug dan 10 tanpa botol semua ditinggalkan di papan sirkuit tanpa ditarik, dan ada sisa solder tajam di bahagian ditarik. Hasil ini juga membuktikan pengetahuan masa lalu kita bahawa kekuatan ikatan pad SMD akan lebih kuat, jadi retak akan muncul di permukaan askar.

Bahagian: NSMD

Salah satu pads askar tanpa vias telah sepenuhnya dibuang, dan 18 pads askar yang tersisa tidak ditarik, semuanya rosak pada dorongan. Satu bola tentera di pad gagal sebelum eksperimen.

Baris (Baris): SMD

20 pads tentera semua tersisa selamat dan tidak rosak, meninggalkan sisa tentera tajam.

Membandingkan fenomena menarik pad SMD dan NSMD, ia masih boleh membuktikan bahawa kekuatan ikatan SMD lebih kuat.

Mod Gagal selepas Ujian Kuasa Tekan-Tekan Bola Solder BGA

Secara ringkasan, desain pad [NSMD+plugged-via] sebenarnya mempunyai kesan tertentu untuk menguatkan kekuatan ikatan pad. Walaupun 3/10 pad ditarik oleh seluruh penutup, ia dibandingkan dengan [NSMD No-via] Ada 7/9 pads tentera yang sepenuhnya dipotong, yang dianggap sebagai peningkatan, tetapi peningkatan tidak sebanyak yang dijangka. Ia mungkin berkaitan dengan kedalaman dan saiz melalui.

Masalah tersisa yang mungkin:

Bila permukaan pecahan muncul dalam lapisan IMC, tekanan tegang yang boleh ditahan adalah yang terburuk. Apa maksudnya? via-in-pad tidak mencapai kesan chrysanthemum tanah yang dijangka?

Lapisan IMC sebenarnya tempat paling lemah di seluruh struktur askar?

postscript:

Walaupun kesimpulan di atas menunjukkan bahawa desain pad [NSMD+plugged-via] direkomendasikan untuk meningkatkan kemampuan askar BGA untuk menentang tekanan, ia tidak dapat ditolak bahawa jika kilang PCB hanya ingin bergantung pad a perubahan desain pad kecil ini untuk mencapai Solving masalah pecah atau jatuh askar bola askar BGA seolah-olah sumber takdir, yang tidak praktik! Bayangkan bagaimana bola tentera kecil boleh menahan tekanan pembelokan disebabkan oleh kekuatan luar papan sirkuit? Untuk menyelesaikan masalah pecahan tin BGA, perlu kembali ke inti desain mekanisme.