EN
GYORS LINKEK
AX-RAY a kép elmesélte az egész történetet, mégsem szándékozott senki átnézni. Egy fogyasztói nyomtatott áramkör – egy vastag modul, amelyet egy 0,5 mm-es lábkiosztású BGA köré fejlesztettek – valójában visszatért visszatérítő egy 9%-os első átmeneti hibaráttal. A meghibásodott forrasztási kapcsolatok nem hiányoztak. Vékonyak voltak. Az röntgenfelvétel olyan forrasztási kapcsolatokat mutatott, mintha lefogytak volna: részben kitöltött, forrasztóanyaghiányos, és néhány egyértelműen határesetnyi nyitott kapcsolat.
A szokásos gyanúsítottakat ellenőriztük. A sablon rendben volt – kizárva. A solder pasta mennyiség a megadott határokon belül volt – kizárva. A visszaforrasztási profil illeszkedett a forrasztópaszta-gyártó ajánlásához – kizárva.
Ekkor egy mérnök megfordította a nyomtatott áramkörön és észrevett valamit az alsó oldalon. Pontosan a BGA-terület alatt a rézátvezetések (vias) tele voltak forrasztóanyaggal. Nem egy kicsit. Tele voltak, mint apró fém szívószálak.
A tervezés rézátvezetéseket (vias) közvetlenül a padokba helyezett – via-in-pad, a sűrű BGA-irányítás megvalósítását lehetővé tevő formázási módszer – és senki sem definiálta még a dugózás útján. A forrasztási folyamat során az olvadt forrasz azt teszi, amit az olvadt forrasz mindig tesz, ha nyitott lyukra bukkan: beáramlik. Az előtte lévő kapcsolatok ezt fizették meg.
Íme a mechanizmus, leegyszerűsítve. Amikor a forraszpaszta olvad a forrasztó kemencében, folyékony állapotba kerül. A folyékony forrasz nedvesíti a rezet – ez teszi lehetővé egyáltalán a forrasztást. Egy nyitott átvezető lyuk a pad közepén egy rézzel bélelt cső, amely egyenesen lefelé vezet a lapba. A folyékony forraszt nem kell tolni. A kapilláris hatás húzza be a lyuk csövébe, ugyanúgy, ahogy a víz mászik fel egy papírtörlőn.
A forrasztóanyag mennyisége, amelyet egy átmenő furat fel tud szívni, nem elhanyagolható. Gondoljunk egy gyakori elrendezésre: egy 0,25 mm-es átmérőjű furat egy 0,4 mm-es távolságú BGA padon. Egy 0,25 mm-es furat és egy 1,6 mm-es nyomtatott áramkörlemez belső térfogata körülbelül 0,08 köbmilliméter. Ezen padhoz szokásos fóliával kb. 0,1–0,15 köbmilliméter paszta kerül felvitelre – és a paszta térfogatának csak kb. fele marad acél a forrasztási folyamat után. Más szóval egyetlen nyitott átmenő furat elszívhatja majdnem az egész forrasztóanyagot, amelyet az érintkezés kialakítására szántak. Néhány esetben az egészet.
Ez a matematikai háttér az adott problémának. Nem egy alacsony valószínűségű eset. Nem egy „gyakran enyhén gyenge érintkezést kapunk”. Egy BGA padon lévő lezáratlan átmenő furat elszívhatja az egész forrasztóanyag-készletet az adott ponton, így olyan érintkezést eredményez, amely vagy megszakadt, vagy annyira hiányos, hogy hónapokon belül meghibásodik a hőciklusok hatására.
Senki sem rajzol szándékosan nyitott átvezetőt (via) egy padra. A via-in-pad stratégia létezik, mert ez az egyetlen módja annak, hogy a finom léptékű BGA csatlakozók lábait ki lehessen vezetni. Kb. 0,5 mm-es léptéknél és alatta nincs elegendő hely a padok között a „kutya-csont” (dog-bone) vezetéshez – azaz a padról egy rövid vezetékszakasz húzásához a mellette elhelyezett átvezetőig. A pad maga kell, hogy tartalmazza az átvezetőt, különben a tervezés nem valósítható meg.
Ezért a technika jogos és jelentős mértékben szükséges. Ami zavarja az embereket, az a cél: egy átvezető egy padon csak akkor elfogadható, ha megfelelően feldolgozzák. A tervezési adatokban „through below” (alul átvezetett) szerepel. A gyártási utasításokban azonban „fill and cap this via” (ezt az átvezetőt tömítsék és zárják le) szerepelnie kell – és ha nem szerepel, akkor a gyártó egyszerűen rézbevonatos átvezetőként készíti el, ahogy a rajzon szerepel, és a nyomtatott áramköri lapot sok kis, forrasztóanyagot „szívó” szívószál formájában szállítják ki a BGA alatt.
Valójában háromszor is láttam, ahogy ez a sorozat lejátszódott az elmúlt két évben. Egy fejlesztő beépíti a via-in-pad technológiát egy sűrű eszköz kivezetéséhez. A remek megjegyzések a rétegszerkezetről, a termékről és a rézvastagságról szólnak – mindenről, csak a via kezeléséről nem. A nyomtatott áramkörök gyártója idézési ajánlatot ad és gyártja a lapot anélkül, hogy bármit is kérne, mert a rendszerük egy meg nem határozott via-t nyitott átvezetésként kezel. Az első gyártási folyamat során derül ki a probléma. Elkezdődik a hibakeresési játék. Senki sem nyer.
A forrasztófolyadék behatolásából eredő hibamódok nem korlátozódnak a vékony kapcsolatokra. Négy ilyen hibamód létezik, és egymásra halmozódnak:
Forrasztóhiány és szakadások. A kapcsolatok kevesebb forrasztóval készülnek, mint amennyire szükségük lenne. A legrosszabb esetekben a BGA-golyó egyáltalán nem nedvesedik be a padra, és szakadást kapunk, amely csak a funkcionális tesztelés során válik láthatóvá – vagy még rosszabb esetben a terepen.
Rések. Még akkor is, ha az illesztés megfelelőnek tűnik, a furatba nem megfelelően beáramlott forrasztóanyag gyakran üregeket hagy maga után. A BGA illesztésekben keletkező üregek növelik az elektromos ellenállást, és feszültségkoncentrációs pontokká válnak. Hőciklusok hatására ezek kibővülnek. Egy érvénytelenített illesztés átmegy a gyári röntgenvizsgálaton, de a 14. hónapban meghibásodik.
Gázkibocsátás. A nem összekötött furatok a fluxmaradványokat, nedvességet és kezelési vegyszereket a furat belsejében tudják elzárni. A forrasztási ciklus során ez a szennyeződés elpárolog és buborékokat nyom fel a olvadt forrasztóanyagon keresztül. A legsúlyosabb esetekben a forrasztóanyag kifolyik a furaton, és a szomszédos padokra jut – egy hiba, amely rövidre zárhat két egymással nem összekötött vezetékrendszert, és rendkívül nehéz nyomon követhető hibát eredményez.
Forrasztógolyók. A második oldalon egy le nem zárt furatból származó forrasztóanyag laza gömböket képezhet a lapka alatt. A burkolaton belüli laza vezető szennyeződések időről időre rövidre zárásra váró problémát jelentenek.
Ezek mindegyike elkerülhető hiba. Mindegyiket jelenleg nem észlelik, amíg kialakul – a károsodás a rétegközi átjáró (via) furata belső felületén keletkezik, a forrasztási kemencében 30 másodpercig tartó folyamat során.
Szerencsére: ennek a problémának létezik jól meghatározott, szabványos megoldása. A probléma: ezt külön meg kell adni, mivel pénzbeli költséggel jár, és önmagától nem valósul meg.
Rétegközi átjáró-kapcsolódás a minimális követelmény – a rétegközi átjáró furatának kitöltése olyan anyaggal, amely megakadályozza a forrasztóanyag bejutását. A via-in-Pad alkalmazásokhoz az általános gyakorlat rétegközi átjárók kitöltése és fedőréteg-lerakódás : a rétegközi átjáró vezető vagy nem vezető gyantaanyaggal van megtöltve, a gyanta kikeményedik és síkra csiszolódik, majd egy rézfedőréteget raknak rá. Az eredmény egy padfelület, amely minden szempontból azonos egy rétegközi átjáró nélküli padfelülettel. A forrasztópaszta szilárd rézfelületen helyezkedik el, pontosan úgy, ahogy a sablonterv előírja.
Az iparág biztonsági kategóriába sorolja IPC-4761 , amely hétféle biztonsági használati módot ír elő: az egyszerű „tenting” (feszített fedél) kezdődik, és a teljesen kitöltött és lezárt szerkezetekig tart. A „via-in-pad” esetében a releváns típusok a kitöltött változatok – a IV. típus (teljesen kitöltött és lefedett) és a VII. típus (teljesen kitöltött és lezárt plusz extra maszk). Az alábbi különbség okozza a legtöbb félreértést: tenting – amikor a furatot mindkét oldalról csak forrasztómaszk borítja – NEM alkalmas „via-in-pad” alkalmazásra. A tenting megakadályozza, hogy a forrasztóanyag bejusson a furatba a felületen, de a maszk hőterhelés hatására repedhet, és semmit sem tesz az elgázosodás vagy a furat falán ragadó szennyeződések ellen. A tenting a padok közötti, nem pedig a padokon belüli furatokhoz szolgál.
két további, gyártás szempontjából fontos információ:
Elsőként a kitöltő anyag kiválasztása. Vezetékes a réz töltő epoxi anyagot akkor választják, ha a furat áramot vezet – ez biztosítja az elektromos útvonalat a padon keresztül. Nem vezető a gyanta elfogadható ott, ahol a fúrás csak mechanikusan kell lezárni. Ez a lehetőség hatással van a költségre és az elektromos teljesítményre, és a döntést a stílusvizsgálat során kell meghozni, ne pedig a gyártóüzemben később felfedezni.
Másodszor, a kitöltés minősége. A részlegesen kitöltött fúrás ugyanolyan rossz, mint egy nyitott – ha az anyag a furat közepénél megáll, akkor a pad alatt továbbra is marad egy tér, amely befogadhat szennyeződéseket, és forrasztáskor gázt bocsát ki. Az IPC irányelv előírja, hogy a BGA területen a kitöltés lényegében légüres térmentes legyen, és egy szakértő gyártóüzem minden gyártási panelről biztosan készít keresztmetszeti mintát ennek igazolására. Ha a beszállítója nem tudja megmutatni ezt a keresztmetszeti adatot, kérdezze meg, miért.
Ha a jelátvitel ezt lehetővé teszi, a legszabadabb megoldás teljesen elkerülni a padon belüli fúrásokat. Kutyacsont-vezetés – egy rövid nyomvezeték a padról egy, hozzá közel elhelyezett használati pontig – ez a klasszikus megoldás, amely a problémát forrásánál orvosolja. A kompromisszum a helyigény: a „kutyacsont” elrendezés nagyobb felületet igényel, és 0,4 mm-nél kisebb lépésköz esetén gyakran nem fér el. Ezért létezik egyáltalán a via-in-pad technológia.
Létezik továbbá az a lehetőség, hogy csak ott alkalmazzunk via-in-pad megoldást, ahol feltétlenül szükséges . Egy nyomtatott áramkör többnyire a vezetékpályáit „kutyacsont” elrendezéssel vezeti, és csak azoknál a BGA-csaphozamoknál alkalmaz via-in-padot, amelyeknél más megoldás valóban nem lehetséges. Ez a hibrid módszer csökkenti azoknak a fúrásoknak a számát, amelyeket kitölteni kell – és éppen ez a kitöltés jelenti a gyártási költség legnagyobb részét – anélkül, hogy a vezetékek elhelyezhetőségét (routability) veszélyeztetnénk.
Ennek az egész problémacsoportnak a megoldása egyetlen mondatra redukálódik a gyártási utasításokban: az összes lyukat a komponens padjain belül az IPC-4761 szabvány IV./VII. típusa szerint kell kitölteni és lezárni, a kitöltés üregmentességét metszeti vizsgálattal kell igazolni.
Ez a mondat gyakorlatilag semmibe kerül leírni. Megmenti az újrafeldolgozást, a selejtet, a területi hibákat és azt a vitát, hogy ki a felelős érte.
Íme egy ellenőrzés, amit elvégezhet a következő nyomtatott áramkörön, mielőtt a gyártóhoz kerülne: nyissa meg a tervezési adatait, számolja meg a forrasztópárnákhoz érő vagy azokba eső fúrólyukakat, és tegye fel magának a kérdést: mi akadályozza meg, hogy a folyékony forrasztóanyag bejusson ezekbe? Ha a válasz „semmi”, akkor már megtalálta a hibát, mielőtt az egy gyártási ciklus költségébe kerülne. Ez a legolcsóbb javítás ebben a szektorban – és mindenki számára elérhető, aki harminc másodpercet szán rá.
Friss hírek2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
