EN
БЪРЗИ ВРЪЗКИ
Пазарът Рентген снимката разказваше цялата история, но никой не се канеше да я прегледа. Платката на един потребител – дебел модул, разработен около BGA с разстояние между контактите 0,5 mm – беше върната обратно от рефлоу с 9% процент на първоначални дефекти. Проблемните връзки не липсваха. Бяха тънки. Рентгеновата снимка показваше връзки, които изглеждаха, сякаш са сложили на диета: частично запълнени, с недостиг на оловно-касиев сплав, а няколко от тях явно бяха на границата на прекъсване.
Проверихме обичайните подозрителни фактори. Шаблонът беше проверен – добре. паста за запояване обемът беше в рамките на спецификацията – добре. Профилът на рефлоу съответстваше на препоръките на производителя на пастата – добре.
След това един инженер обърна платката и забеляза нещо на долната страна. Точно под областта на BGA отворите бяха пълни с оловно-касиева сплав. Не малко. Напълно пълни, като миниатюрни метални сламки.
Проектът беше предвидил отвори точно в контактните площадки — чрез-в-падовата технология, методът за форматиране, който прави възможно плътното разположение на BGA — и никой всъщност не беше дефинирал това чрез запушване. По време на рефлоу топената оловно-каситерова спойка прави това, което винаги прави топената оловно-каситерова спойка, когато открие отворено отверстие: влива се в него. Връзките напред бяха загубени заради това.
Ето механизма, опростен до основите си. Когато пастата за спойка се стопи в рефлоу-печката, тя става течна. Течната спойка овлажнява медта — именно това прави възможно спояването изобщо. Отвореното презходно отверстие в средата на пада представлява медно облицован тръбен канал, насочен право надолу към платката. Течната спойка не се нуждае от принудително прилагане на сила. Капиларното действие я засмуква в тръбния канал на презходното отверстие по същия начин, по който водата се издига по хартиена кърпа.
Количеството оловно-каситерова спойка, която една чепка може да погълне, не е без значение. Помислете за типична конфигурация: чепка с диаметър 0,25 мм в BGA-площадка с разстояние между центровете 0,4 мм. Чепка с диаметър 0,25 мм и дебелина на платката 1,6 мм има вътрешен обем от приблизително 0,08 кубични милиметра. Обикновена шаблонна маска за тази площадка нанася от 0,1 до 0,15 кубични милиметра паста — а пастата съдържа само около 50 % метал по обем след изпаряване на летливите компоненти. С други думи, една единствена незатворена чепка може да погълне почти цялото количество спойка, предвидено за формиране на връзката.
Това е математиката зад проблема. Това не е малко отклонение. Това не е «често получавате леко слаба връзка». Незатворена чепка в BGA-площадка може да погълне цялото количество спойка за тази точка, което води до връзка, която или е прекъсната, или е толкова недостатъчно напълнена, че се разрушава за месеци при термично циклиране.
Никой не поставя преднамерено отворен виа в контактна площадка. Стратегията „виа в площадката“ съществува, защото това е единственият начин да се изведат изводите на BGA с много малко разстояние между краката. При стъпка под 0,5 мм няма достатъчно място между площадките за обичайното „кучешко костенурче“ трасиране — тоест кратък проводник от площадката до виа, разположен встрани. Самата площадка трябва да съдържа виа, иначе конструкцията изобщо не може да бъде реализирана.
Следователно тази техника е напълно законна и дори изключително необходима. Това, което обърква хората, е целта: виа в площадката е допустим само ако е обработено правилно. В проектните данни се указва „през долната страна“. В технологичната последователност трябва да се посочи „запълни и запечатай този виа“ — ако това не е указано, производителят изпълнява виа като прост плакиран отвор, точно както е начертано, и платката се доставя с множество малки, „жадни за оловно-касиев припой“ тръбички под BGA.
Всъщност съм виждал тази поредица да се разиграва три пъти през последните две години. Разработчик включва чрез-в-падове, за да изведе плътно устройство. Превъзходните бележки обсъждат структурата на слоевете, продукта, дебелината на медта – всичко, освен начина на обработка на чрез-отворите. Производителят на платки цитира и произвежда платката, без да пита, тъй като системата му третира неспецифициран чрез-отвор като отворен чрез. При първото производствено изпълнение се открива проблемът. Започва се игра на обвинения. Никой не печели.
Режимите на отказ поради капилярно изсмукване на оловно-калиевата спойка не са ограничени само до тънки връзки. Има четири такива режима, и те се натрупват:
Липса на спойка и прекъсвания. Връзките имат по-малко спойка, отколкото е необходимо. В най-лошите случаи кълбето на BGA изобщо не се овлажнява върху пада и се получава прекъсване, което се проявява едва при функционалното тестване – или още по-лошо, в експлоатация.
Празнини. Дори когато връзката изглежда подходяща, оловно-калайовата спойка, която не е проникнала правилно в контактното отверстие, често оставя празнини. Празнините в BGA-връзките увеличават електрическото съпротивление и създават точки на концентрация на напрежение. При термично циклиране те се разширяват. Невалидна връзка може да мине рентгеновата проверка в завода, но да се провали на 14-ия месец.
Газоизделяне. Контактни отверстия, които не са свързани, могат да задържат остатъци от флюс, влага и химикали за обработка вътре в цилиндричната им част. По време на рефлоу това замърсяване се изпарява и избутва мехурчета през разтопената спойка. В най-тежките случаи това кара спойката да изхвърча от отверстието върху съседните контактни площи — дефект, който може да предизвика късо съединение между две несвързани вериги и да доведе до повреда, която е много трудно да се проследи.
Спойкови топчета. Спойка, която излиза от незафирмено отверстие на втората страна на платката, може да образува свободни топчета под платката. Свободни проводими частици в корпуса представляват периодично късо съединение, което само чака да се случи.
Всеки от тези неуспешни настройки може да се избегне. Всеки от тях в момента остава незабелязан — щетите възникват вътре във виата по време на 30-секундния прозорец в рефлоу-печката.
Щастливо: този проблем има добре дефиниран, стандартен вариант за решение. Проблемът е, че трябва да се зададе спецификация, тъй като това води до допълнителни разходи и няма да се осъществи автоматично.
Свързване чрез виа е минималното изискване — запълване на виата с материал, който предотвратява проникването на оловно-касиевата спойка в нея. За вертикално в плато приложенията общоприетата практика е запълване на виата плюс плакиране с капачка : виата се изпълва с проводим или непроводим смолен материал, след което смолата се отвърдява и се шлифова равна, а върху нея се нанася медна капачка. Резултатът е повърхност на контактната площадка, която е напълно еквивалентна на повърхността на площадка без виа. Пастата за лепене се нанася върху цялостна медна повърхност, точно както е предвидено в дизайна на шаблона.
Секторът класифицира защитата според IPC-4761 , който определя седем вида защита, от лесно покриване (tenting) до конструкции с напълнени и запечатани отвори. За vias-in-pad подходящи са само напълнените видове – Вид IV (напълнени и покрити) и Вид VII (напълнени и запечатани с допълнителна маска). По-долу е разликата, която обърква хората: покриване (tenting) – при което отворът е покрит само със solder mask от двете страни – НЕ Е подходящ за vias-in-pad. Покриването предотвратява попадането на оловно-калиев спой в отвора на повърхността, но маската може да се напука под термичен стрес и не предотвратява изпускането на газове или замърсяване, уловено в канала. Покриването се използва за преходни отвори между контактни площи, а не в тях.
още две важни производствени аспекта:
Първо, избор на продукт за запълване. Проводимо материалът за запълване (обикновено епоксидна смола, напълнена с мед) се избира, когато преходният отвор пренася ток – той осигурява електрическа връзка през контактната площ. Непровеждащ смолата е приемлива там, където презходът трябва да се затваря само механично. Този избор влияе върху разходите и електрическата производителност и трябва да се направи по време на стиловия тест, а не по-късно – по време на производството.
Второ, качеството на запълването. Частично запълнен презход е толкова лош, колкото и отворен – ако материала спре на половината дължина на цилиндъра, под контактната площадка все още остава празно пространство, което може да задържи влага и да отделя газове по време на рефлоу. Препоръките на IPC изискват запълването в областта на BGA да е практически без въздушни мехури, а професионален производствен партньор непременно ще направи напречен разрез на пробен образец от всяка производствена плоча, за да го докаже. Ако вашият доставчик не може да ви предостави тези данни за напречния разрез, попитайте го защо.
Ако предаването позволява това, най-чистото решение е изобщо да се избягва използването на презходи в контактните площадки. Маршрутизиране във формата на кучешка кост — кратък след от контактната площадка до използваната в близост до нея — е класическият вариант и премахва проблема в самия източник. Компромисът е пространството: габаритите на 'кучешката кост' са по-големи, а при стъпка под 0,4 mm тя често не намира място. Затова изобщо съществува технологията 'via-in-pad'.
Съществува и възможността за 'via-in-pad' само където е необходимо . Една платка може да прокара повечето от своите трасета с 'кучешки кости' и да приложи 'via-in-pad' само за редовете BGA-контакти, които наистина не могат да бъдат решени по друг начин. Този хибриден метод намалява броя на виите, които трябва да се запълват — а именно там се намира основната производствена цена — без да се компрометира възможността за трасиране.
Решението за цялата тази група проблеми се свежда до един ред в производствените указания: запълване и капсулиране на всички вии в контактни площадки според IPC-4761 тип IV/VII, като запълването без въздушни джобове се потвърждава чрез напречен разрез.
Този израз почти нищо не струва за писане. Той спестява повторната работа, брака, проблемите с повърхността и споровете кой е виновен.
Ето един тест, който можете да направите върху следващата си платка, преди да я изпратите за производство: отворете своите проектни данни, пребройте контактните площадки (via), които докосват или попадат върху лостовите площадки, и си задайте въпроса какво ще попречи на разтопения лот от проникване в тях. Ако отговорът е „нищо“, вие сте открили проблема още преди той да ви струва цял производствен цикъл. Това е най-евтиният начин за поправка в тази област – и е достъпен за всеки, който отдели тридесет секунди, за да погледне.
Горещи новини2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
