EN
Szybkie linki
The Zdjęcia rentgenowskie zdjęcie opowiedziało całą historię, ale nikt nie zamierzał jej przejrzeć. Płytkę konsumencką – gruby moduł opracowany wokół BGA o rozstawie 0,5 mm – faktycznie przysłano z powrotem z reflow 9-procentowym wskaźnikiem niepowodzeń przy pierwszym przepuszczeniu. Nie działające połączenia nie były brakujące. Były cienkie. Obraz rentgenowski pokazywał połączenia lutownicze, które wyglądały tak, jakby przeszły na dietę: częściowo wypełnione, ubożone w lut, a kilka było wyraźnie na granicy otwartych połączeń.
Przeprowadziliśmy standardowe sprawdzenia. Szablon został zweryfikowany – OK. pasta lutowa objętość była zgodna ze specyfikacją – OK. Profil reflow odpowiadał zaleceniom producenta pasty lutowniczej – OK.
Następnie inżynier odwrócił płytę i zauważył coś na jej dolnej stronie. Dokładnie pod obszarem BGA otwory były wypełnione lutem. Nie trochę. Całkowicie, jakby małe metalowe słomki.
Projekt zakładał otwory bezpośrednio w padach — przez-pad, metoda formatowania umożliwiająca gęste rozmieszczenie wyprowadzeń BGA — i nikt wcześniej nie zdefiniował tego poprzez wstawianie. Podczas procesu reflow stopiona lutownica zachowywała się tak, jak zawsze zachowuje się stopiona lutownica przy napotkaniu otworu: wpływała do środka. Połączenia na wyprowadzeniach zostały przez to uszkodzone.
Oto mechanizm przedstawiony w sposób uproszczony. Gdy pasta lutownicza topi się w piecu reflow, staje się cieczą. Ciekła lutownica zwilża miedź — właśnie to umożliwia proces lutowania. Otwór przełączający znajdujący się w środku pola lutowniczego stanowi wyłożony miedzią kanał prowadzący prosto w dół, głęboko w płytę. Nie trzeba siłą wciskać stopionej lutownicy. Siły kapilarne samoczynnie wciągają ją do wnętrza otworu przełączającego — tak samo, jak woda wchodzi w papierowe ręczniki.
Ilość lutu, jaką może pochłonąć otwór przełączający, nie jest bez znaczenia. Rozważ typową konfigurację: otwór o średnicy 0,25 mm na polu BGA o rozstawie 0,4 mm. Otwór o średnicy 0,25 mm w płytce o grubości 1,6 mm ma objętość wewnętrzną rzędu 0,08 mm³. Typowa szablonowa warstwa pasty lutowniczej dla takiego pola wynosi od 0,1 do 0,15 mm³ — przy czym po spaleniu spoiwa zawartość metalu w pasty stanowi zaledwie ok. połowę jej objętości. Innymi słowy, pojedynczy niezablokowany otwór przełączający może pochłonąć niemal całą ilość lutu przeznaczoną na utworzenie połączenia. W niektórych przypadkach — całą.
To właśnie te obliczenia leżą u podstaw tego problemu. Nie chodzi tu o niską skuteczność. Nie chodzi też o sytuację „często powstaje nieco słabsze połączenie”. Niezablokowany otwór przełączający w polu BGA może pochłonąć cały zapas lutu przeznaczony na to konkretne połączenie, pozostawiając połączenie albo całkowicie otwarte, albo tak ubogie w lut, że ulegnie awarii już po kilku miesiącach eksploatacji przy cyklicznych zmianach temperatury.
Nikt celowo nie projektuje otwartego otworu przelotowego w polu lutowniczym. Strategia umieszczania otworów przelotowych w polach lutowniczych istnieje, ponieważ jest jedyną możliwą metodą wyjścia z pinów BGA o bardzo małym rozstawie. Poniżej rozstawu ok. 0,5 mm nie ma wystarczającej przestrzeni między polami lutowniczymi na trasowanie typu „psia kość” – czyli typowe rozwiązanie polegające na poprowadzeniu krótkiej ścieżki od pola lutowniczego do otworu przelotowego umieszczonego z boku. Samo pole lutownicze musi zawierać otwór przelotowy, w przeciwnym razie projekt nie będzie możliwy do wykonania.
Zatem ta technika jest prawidłowa i znacząco konieczna. To, co budzi zamieszanie, to wymóg: otwór przelotowy w polu lutowniczym jest dopuszczalny wyłącznie wtedy, gdy jest odpowiednio przetwarzany. Dane projektowe określają „przelotowy od dolnej strony”. W kolejności produkcji musi być jasno zapisane „wypełnić i zamknąć ten otwór przelotowy” – a jeśli tak nie jest, zakład produkcyjny wykonuje go jako zwykły otwór pokryty warstwą miedzi, dokładnie taki, jak został zaprojektowany, a płyta jest wysyłana z wieloma małymi, „pragnącymi lutu” rurkami pod układem BGA.
Właściwie obserwowałem ten scenariusz trzy razy w ciągu ostatnich dwóch lat. Projektant stosuje otwory przewodzące przez ślad (via-in-pad), aby wyjść z gęstego układu. Wspaniałe notatki omawiają budowę warstw, produkt oraz grubość miedzi — wszystko poza metodą wykonania otworów przewodzących. Producent płytek drukowanych wycenia i wykonuje zamówienie bez dodatkowych pytań, ponieważ jego system traktuje nieokreślony otwór przewodzący jako otwór przełączający (open through). Podczas pierwszego uruchomienia montażu wykrywany jest problem. Rozpoczyna się gra w poszukiwanie winnego. Nikt nie wygrywa.
Tryby awarii spowodowane wciąganiem lutu nie ograniczają się tylko do cienkich połączeń. Istnieje ich cztery i nasilają się wzajemnie:
Brak lutu i przerwy w połączeniu. Połączenia zawierają mniej lutu, niż jest to konieczne. W najgorszych przypadkach kula BGA w ogóle nie zwilża się na śladzie, co powoduje przerwę, która ujawnia się dopiero podczas testów funkcjonalnych — albo jeszcze gorzej: w warunkach eksploatacji.
Przerwy. Nawet jeśli połączenie wydaje się odpowiednie, lut nieprzenikający w pełni przez otwór przewodzący często pozostawia w nim puste przestrzenie. Puste przestrzenie w połączeniach BGA zwiększają opór elektryczny i stają się punktami skupienia naprężeń. Pod wpływem cykli termicznych ulegają one rozszerzeniu. Takie uszkodzone połączenie może przejść ocenę rentgenowską na etapie produkcji, ale zawiedzie po 14 miesiącach.
Wydzielanie gazów. Otwory przewodzące niepołączone z warstwami mogą zatrzymywać w swoich wnętrzu pozostałości topnika, wilgoć oraz chemiczne środki stosowane podczas obsługi. Podczas procesu reflow zanieczyszczenia te parują i wypychają pęcherzyki przez stopiony lut. W najgorszych przypadkach powoduje to wyrzucanie lutowia z otworu przewodzącego na sąsiednie pola kontaktowe — wadę, która może spowodować zwarcie dwóch niepołączonych ze sobą obwodów i generować usterkę wyjątkowo trudną do zlokalizowania.
Kulki lutu. Lut wylatujący z niezablokowanego otworu przewodzącego po stronie odwrotnej może tworzyć luźne kulki pod płytą. Luźne przewodzące zanieczyszczenia w obudowie stanowią potencjalne, okresowe zwarcie czekające tylko na okazję.
Każde z tych nieudanych ustawień można uniknąć. Żadne z nich nie jest obecnie widoczne w momencie jego opracowania — szkoda powstaje wewnątrz otworu przelotowego w ciągu 30-sekundowego okna w piecu do reflow.
Na szczęście: ten problem ma dobrze zdefiniowane, standardowe rozwiązanie. Problem polega na tym, że należy je jawnie określić, ponieważ wiąże się ono z dodatkowymi kosztami i nie zostanie zastosowane automatycznie.
Połączenie przez otwór przelotowy to minimalne wymaganie — wypełnienie otworu przelotowego materiałem, który uniemożliwia wpływanie do niego lutu. Dla ścieżka w polu zastosowań wypełnianie otworów przelotowych oraz pokrywanie ich warstwą miedzi : otwór przelotowy jest wypełniany żywicą przewodzącą lub nieprzewodzącą, żywica jest utwardzana i szlifowana do poziomu, a następnie na jej powierzchni nanoszona jest cienka warstwa miedzi. Wynikiem jest powierzchnia pola lutowniczego identyczna pod względem właściwości od pola bez otworu przelotowego. Pasta lutownicza leży na stałej warstwie miedzi dokładnie tak, jak zakłada projekt szablonu.
Sektor klasyfikuje to pod kątem bezpieczeństwa zgodnie z normą IPC-4761 , który określa siedem rodzajów zabezpieczania otworów, od prostego pokrywania maską lutowniczą po konstrukcje całkowicie wypełnione i zamknięte. W przypadku otworów w padzie (via-in-pad) istotne są rodzaje wypełnione – rodzaj IV (wypełniony i pokryty maską) oraz rodzaj VII (wypełniony i zamknięty dodatkową warstwą maski). Poniżej przedstawiono różnicę, która często wprowadza w błąd: pokrywanie maską lutowniczą (tenting) – czyli sytuacja, w której otwór jest jedynie przykryty maską lutowniczą z obu stron – NIE nadaje się do otworów w padzie. Pokrywanie maską lutowniczą zapobiega dostaniu się lutu do otworu na powierzchni, jednak pod wpływem naprężeń termicznych maska może pęknąć, a ponadto nie zapobiega wydzielaniu gazów ani zanieczyszczeniom uwięzionym w wnętrzu otworu. Pokrywanie maską lutowniczą stosuje się dla otworów między padami, nie wewnątrz nich.
dwa kolejne aspekty mające znaczenie w produkcji:
Po pierwsze, wybór materiału wypełniającego. Wykonujące materiał wypełniający (zwykle epoksyd z dodatkiem miedzi) stosuje się tam, gdzie otwór przewodzi prąd – zapewnia on ciągłość ścieżki elektrycznej przez pad. Niesprawny elektrycznie żywica jest dopuszczalna w przypadku otworów przejściowych, które muszą być jedynie mechanicznie zamknięte. Ten wybór wpływa na koszt oraz wydajność elektryczną i powinien zostać podjęty w trakcie etapu weryfikacji projektu, a nie dopiero w trakcie produkcji.
Po drugie – jakość wypełnienia. Otwór częściowo wypełniony jest tak samo zły jak otwór niewypełniony – jeśli materiał zapychający kończy się w połowie głębokości otworu, nadal pozostaje przestrzeń pod kładką, która może gromadzić wilgoć i uwalniać ją podczas procesu reflow. Zalecenia IPC wymagają, aby wypełnienie w obszarze BGA było praktycznie wolne od pustych przestrzeni; doświadczona fabryka z pewnością wykonuje przekrój próbki pobranej z każdej płyty produkcyjnej, aby to potwierdzić. Jeśli dostawca nie może przedstawić Ci tych danych z przekroju, zapytaj, dlaczego.
Jeśli układ torów pozwala, najczystsze rozwiązanie polega na całkowitym unikaniu otworów przejściowych umieszczanych bezpośrednio pod kładką. Trasy typu „kość dla psa” — krótkie połączenie od otworu do ścieżki umieszczonej blisko niego — to klasyczna opcja, która eliminuje problem w źródle. Kompromisem jest zajmowana przestrzeń: układ „dog-bone” zajmuje więcej miejsca, a przy rozstawie poniżej 0,4 mm często po prostu nie mieści się na płytce. Dlatego właśnie powstała technologia via-in-pad.
Istnieje także możliwość zastosowania via-in-pad wyłącznie tam, gdzie jest to konieczne . Płytkę można zaprojektować tak, aby większość ścieżek prowadzić metodą „dog-bone”, stosując natomiast via-in-pad jedynie dla rzędów pinów BGA, które nie dają się inaczej obsłużyć. Ta hybrydowa metoda zmniejsza liczbę otworów wymagających wypełnienia — a to właśnie wypełnianie stanowi główny koszt produkcji — bez utraty możliwości routingu.
Rozwiązanie całego tego zestawu problemów sprowadza się do jednego zdania w notatkach technologicznych producenta: wypełnić i zamknąć wszystkie otwory znajdujące się w polach lutowniczych zgodnie z normą IPC-4761 typ IV/VII, przy czym wypełnienie musi być wolne od pustych przestrzeni, co potwierdza analiza przekroju.
To zdanie praktycznie nic nie kosztuje w napisaniu. Zapisuje się na nim ponowną pracę, odpad, błędy związane z obszarem oraz spory o to, czyja to wina.
Oto test, który można przeprowadzić na swoim kolejnym układzie przed wysłaniem go do produkcji: otwórz dane projektowe, policz przejścia (vias), które stykają się z padami lutowniczymi lub znajdują się w ich obrębie, a następnie zastanów się, co zapobiegnie przepływowi stopionej lutówki do ich wnętrza. Jeśli odpowiedzią jest „nic”, to właśnie znalazłeś problem zanim kosztował Cię to całą serię produkcyjną. To najtańsza możliwa naprawa w tej branży — i jest dostępna dla każdego, kto poświęci trzydzieści sekund na sprawdzenie.
Gorące wiadomości2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
