Rechteckige BGA-Pads sind eine schlechte Idee.

Die Verwendung rechteckiger Öffnungen für runde BGA-Pads oder die Gestaltung von vier Eck-Pads kann zu einer Katastrophe führen.

27.09.2021
 

Richard Stadem von General Dynamics sagte, dass das Drucken von Paste außerhalb des Tampons immer eine schlechte Idee sei. Nach dem Aufdrucken auf das Pad und die Lötstoppmaske haben die feinen Lotkugeln beim Reflow-Löten eine schwierige Aufgabe, zu einer einzigen Lötstelle zu agglomerieren. Dies ist noch schwieriger, wenn das Pad nicht im Lötstopplack definiert ist, denn dann müssen die Perlen zusätzlich den Spalt zwischen Lötstopplack und Pad-Rand überbrücken.

Dadurch können Lotkugeln, die nicht Teil einer Lötstelle sind, unter dem BGA eingefangen werden. Außerdem können sie selbst bei einer Röntgenuntersuchung unentdeckt bleiben, weil sie oft zu klein sind oder außerhalb des etablierten Röntgeninspektionsbereiches liegen.

Normalerweise ist die Röntgensoftware AOI sehr ähnlich und einige Röntgeninspektionsgeräte sind tatsächlich eine Kombination aus beidem (die Begriffe AOX, AXI oder OAX werden oft verwendet). Die Maschine lokalisiert zuerst den Referenzpunkt (d. h. Referenzpunkt) und fährt dann mit einer programmierten Prüfroutine fort, die normalerweise der erste Schritt ist, um eine Reihe von Prüfmessungen basierend auf einem Versatz von der Basis über eine definierte Distanz durchzuführen. Im zweiten Schritt wird am häufigsten jeder Ball basierend auf seiner programmierten Tonhöhe – seiner Größe und Form – gemessen und die Hohlräume werden aus dem Graustufenbild analysiert.

Dies bedeutet, dass in den Bereichen zwischen den einzelnen Zielorten KEINE Inspektion durchgeführt wird. Befinden sich in diesen „Waisenbereichen“ einzelne Partikel oder schlimmer noch, teilweise agglomerierte Lotkugeln, werden diese vom automatischen Röntgen nicht erkannt. Andererseits können sie groß genug sein, um den minimalen elektrischen Abstand zu überschreiten, der zwischen Durchkontaktierungen und BGA-Lötverbindungen oder zwischen Durchkontaktierungen und benachbarten Leiterbahnen erforderlich ist oder durch Lötverbindungen und Bahnen gebildet wird.

Als Folge davon kann das gesamte System unter Übersprechen sowie permanenten oder intermittierenden Kurzschlüssen leiden. Einige dieser freilaufenden Kugeln können während des Waschvorgangs entfernt werden, aber die Praxis zeigt, dass sie niemals entfernt werden können. Darüber hinaus können bei Verwendung von No-Clean- oder RMA-Flussmittel buchstäblich Hunderte von Kügelchen in den Rückständen eingeschlossen bleiben, die sich unter dem Bauteil ablagern und echte Schäden anrichten.

Rechteckige / quadratische Pads sind ebenfalls ein Problem.

Es gibt Behauptungen einiger Internetnutzer, die interpretiert werden können, dass „quadratische Pads und Öffnungen bessere Pastendruckergebnisse für BGA liefern können“. Richard Stadem bestreitet dies vehement: In diesem Szenario werden runde BGA-, CSP- oder Flip-Chip-Lotkugeln auf quadratische Pads mit quadratischen Pastendepots platziert. Anstelle einer vorgefertigten Lötstelle, die einer runden Vase auf einem runden Tisch ähneln soll, erhalten wir einen Stecker, der in der oberen Hälfte rund ist und an der Unterseite des BGA mit einem runden Pad verbunden ist und an der Verbindung vier Ecken hat zur Platine.

Während des Abkühlens beim Reflow-Löten sowie während der gesamten Lebensdauer der Verbindung unter Temperaturschwankungen verursacht die Variation des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen BGA und Leiterplatte starke Spannungen an den Lötverbindungen zwischen ihnen.

Wenn die quadratische Unterlage unter dem BGA unter Zug gespannt wird und die Kräfte stark genug sind, können die Ecken der Unterlage nach oben gezogen werden. Diese nach oben gerichtete Kraft unterbricht die Verbindung zwischen dem Pad und dem Substrat, wodurch oft nicht nur das Pad selbst, sondern auch die damit verbundenen Pfade zerstört werden.

Dieses Phänomen wird als „Kraterbildung“ (Pad-Catering) bezeichnet und bei den höheren Temperaturen, die für bleifreies Löten erforderlich sind, und der spröderen Natur der Lötstellen selbst wird dieses Phänomen zunehmend beobachtet. Dies ist selbst bei standardmäßigen runden Pads ein erhebliches Problem, und es hat sich auch gezeigt, dass das Hinzufügen von vier spannungskonzentrierenden Ecken das Problem um eine Größenordnung erhöht. Wir haben kürzlich in einem separaten Artikel über Pad crateringu geschrieben.

Angepasst von Richard Stadem von General Dynamics.

Titelbild: © InterPhone Service

Quelle: https://tek.info.pl/

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