EN
ШВИДКІ ПОСИЛАННЯ
Ринок РЕНГЕН зображення розповіло всю історію, але ніхто не мав наміру її переглянути. Плата споживача — потужний модуль, розроблений навколо BGA з кроком 0,5 мм — повернулася з паяння показником відмов на першому етапі у 9 %. Неспрацювали контакти не відсутні. Вони були тонкими. Рентген показав паєні з’єднання, що виглядали так, наче вони «сиділи на дієті»: частково заповнені, позбавлені припою, а деякі з них явно перебували на межі розриву.
Ми перевірили звичних підозрюваних. Трафарет був у нормі — добре. паяльна паста об’єм — в межах специфікації — добре. Температурний профіль паяння відповідав рекомендаціям виробника пасті — добре.
Потім інженер перевернув плату й помітив щось на нижній стороні. Прямо під ділянкою BGA отвори (vias) були повні припою. Не трохи. Насичені до краю, наче маленькі металеві соломинки.
Конструкція передбачала отвори (vias) безпосередньо в контактних площадках — метод розміщення контактів у місці з’єднання (via-in-pad), що робить можливим щільне розташування виводів BGA; ніхто раніше не визначав це за допомогою заповнення отворів. Під час процесу паяння розплавлений припій робив те, що завжди робить розплавлений припій, потрапляючи в відкритий отвір: він втік усередину. З’єднання, які були створені для цього, постраждали.
Ось механізм, спрощений до основ. Коли паста для паяння плавиться в печі для паяння, вона перетворюється на рідину. Рідкий припій змочує мідь — саме це й робить паяння взагалі можливим. Відкритий прохід у центрі контактної площадки — це мідна трубка, що прямує прямо вниз крізь друковану плату. Розплавлений припій не потребує зовнішнього тиску. Капілярна дія втягує його всередину проходу, так само, як вода піднімається вгору по паперовому рушникові.
Кількість припою, яку може поглинути скрізний отвір, має значення. Уявіть типову конфігурацію: отвір діаметром 0,25 мм у майданчику BGA з кроком 0,4 мм. Об’єм отвору діаметром 0,25 мм у платі товщиною 1,6 мм становить приблизно 0,08 кубічних міліметрів. Звичайна шаблонна плита для цього майданчика наносить від 0,1 до 0,15 кубічних міліметрів пастки — а після випалу органічних речовин об’єм металевої частини становить лише близько половини об’єму пастки. Іншими словами, один незакритий скрізний отвір може поглинути майже весь припій, призначений для формування з’єднання. У деяких випадках — навіть увесь.
Ось математичне пояснення цієї проблеми. Це не незначне відхилення. Це не «іноді з’єднання виходить трохи слабким». Незакритий скрізний отвір у майданчику BGA може поглинути весь припій, призначений для цього контакту, залишаючи з’єднання або розірваним, або настільки недостатньо запаяним, що воно руйнується протягом кількох місяців під впливом термічного циклювання.
Ніхто навмисне не розміщує міжшаровий отвір у контактному майданчику. Стратегія «via-in-pad» існує, оскільки це єдиний спосіб вивести виводи BGA з малим кроком. При кроці меншому за приблизно 0,5 мм немає достатньо місця між контактними майданчиками для маршрутизації типовим способом «dog-bone» — тобто коротким провідником від майданчика до міжшарового отвору, розташованого збоку. Сам майданчик повинен містити міжшаровий отвір, інакше схема взагалі не може бути реалізована.
Отже, ця техніка є законною й дуже необхідною. Те, що створює труднощі, — це вимоги до виконання: міжшаровий отвір у контактному майданчику допустимий лише за умови його правильного виготовлення. У проектних даних має бути вказано «through below». У технологічному процесі має бути чітко вказано «заповнити та закрити цей міжшаровий отвір»; якщо цього не зроблено, виробник виконає його як простий металізований отвір, саме так, як показано на кресленні, і плата буде поставлена з безліччю маленьких «пилососів для припою» під корпусом BGA.
Я справді бачив, як ця серія розгортається тричі за останні два роки. Розробник використовує через-у-пад для виведення контактів щільного пристрою. Чудові нотатки обговорюють стек-ап, продукт, вагу міді — усе, крім технології виконання через. Виробник плати цитує ціну та виготовляє її, не поставивши запитання, оскільки його система сприймає невизначений через як відкритий через. Під час першого запуску збірки проблема стає очевидною. Починається гра у звинувачення. Ніхто не виграє.
Режими відмови через капілярне підсмоктування припою не обмежуються лише тонкими з’єднаннями. Їх чотири, і вони накопичуються:
Недостатність припою та розриви. З’єднання мають менше припою, ніж потрібно. У найгірших випадках кулька BGA взагалі не змочується на паді, і ви отримуєте розрив, який проявляється лише під час функціонального тестування — або ще гірше — у експлуатації.
Зазори. Навіть коли з’єднання виглядає належним чином, припій, який не проник повністю у віа, часто залишає порожнини. Порожнини в BGA-з’єднаннях підвищують електричний опір і створюють точки концентрації напруженості. Під циклічними температурними навантаженнями вони розширюються. Таке пошкоджене з’єднання проходить рентгенівську перевірку на заводі, але виходить із ладу на 14-му місяці.
Виділення газів. Непідключені віа можуть утримувати залишки флюсу, вологу та хімікати, що застосовуються під час обробки, усередині отвору. Під час процесу паяння ці забруднення випаровуються й виштовхують бульбашки крізь розплавлений припій. У найгірших випадках це призводить до викиду припою з віа на сусідні контактні площадки — дефект, що може викликати коротке замикання між двома нез’єднаними ланцюгами й спричинити відмову, яку дуже важко виявити.
Кульки припою. Припій, що виходить із незапаяного віа з другого боку плати, може утворювати вільні кульки під платою. Вільний провідний уламок у корпусі — це потенційне коротке замикання, яке може виникнути в будь-який момент.
Кожне з цих невдалих налаштувань можна уникнути. Жодне з них не виявляється наразі під час розробки — пошкодження відбувається всередині отвору протягом 30-секундного інтервалу в печах для рефлоу.
На щастя: цю проблему можна вирішити за чітко визначеним, стандартним способом. Проблема полягає в тому, що його потрібно спеціально вказати, оскільки це призводить до додаткових витрат і не відбувається автоматично.
З’єднання через отвір — це мінімальна вимога: заповнення отвору матеріалом, щоб припій не потрапив усередину. Для вивід у контактну площадку застосувань загальноприйнятою практикою є заповнення отворів і нанесення мідного покриття на торець : отвір заповнюється провідною або непровідною смолою, смолу полімеризують і зрівнюють до рівня поверхні, а потім наносять мідне покриття зверху. У результаті отримують контактну площадку, яка за своїми характеристиками повністю еквівалентна площадці без отвору. Паяльна паста розташовується на суцільній мідній поверхні, саме так, як передбачено у шаблоні.
Галузь класифікує це за рівнем надійності відповідно до IPC-4761 , який визначає сім типів захисту отворів, від простого «затінення» до конструкцій із заповненими й закритими отворами. Для технології «отвір у контактному майданчику» (via-in-pad) актуальні лише заповнені типи — Тип IV (заповнений і закритий) та Тип VII (заповнений і закритий додатковою маскою). Ось різниця, що часто плутає людей: затінення — коли отвір просто покритий паяльною маскою з обох боків — НЕ підходить для технології «отвір у контактному майданчику». Затінення запобігає потраплянню припою в отвір на поверхні, але маска може розтріскатися під впливом теплового навантаження, а також не забезпечує захисту від виділення газів або забруднень, що залишилися всередині стінки отвору. Затінення призначено для отворів між контактними майданчиками, а не для отворів у них.
ще дві важливі деталі, що мають значення у виробництві:
По-перше, вибір матеріалу для заповнення. Провідний матеріал для заповнення (зазвичай епоксидна смола з мідним наповнювачем) вибирають у випадках, коли отвір проводить струм — це зберігає електричне з’єднання через контактний майданчик. Непровідний смола є прийнятною там, де через отвір потрібно лише механічне закриття. Цей варіант впливає на вартість і електричні характеристики, і його слід обирати на етапі технічного огляду, а не під час виробництва.
По-друге, якість заповнення. Частково заповнений отвір такий самий поганий, як і відкритий — якщо матеріал зупиняється напівдорогою по стовбуру отвору, під контактною площадкою залишається порожній простір, у якому можуть накопичуватися забруднення та виділятися гази під час процесу паяння. Згідно з рекомендаціями IPC, заповнення має бути практично безпорожнісним у регіоні BGA, і професійне виробництво обов’язково робить поперечний зріз зразка з кожної виробничої панелі, щоб це підтвердити. Якщо ваш постачальник не може надати вам ці дані про поперечні зрізи, поцікавтеся, чому.
Якщо схема дозволяє, найчистішим рішенням є повне уникнення отворів у контактних площадках. Маршрутизація типу «собача кістка» — коротка слідова доріжка від контактної площадки до отвору, розташованого поруч із нею, — це класичний варіант, який усуває проблему в її джерелі. Компроміс полягає в займаному місці: габарити «собачої кістки» більші, а при кроці менше 0,4 мм вона зазвичай не вміщується. Саме тому спочатку й було введено технологію «отворів у площадках».
Існує також варіант «отворів у площадках» лише там, де це справді потрібно . Плата може прокласти більшість своїх доріжок за допомогою схеми «собачої кістки», а для рядів виводів BGA, які неможливо розвести інакше, застосувати технологію «отворів у площадках». Такий гібридний підхід зменшує кількість отворів, що потребують заповнення — саме тут і лежить основна вартість виробництва — без втрат у можливостях трасування.
Рішення всієї цієї групи проблем зводиться до одного рядка в технічних вимогах до виробництва: заповнити й закрити всі отвори в контактних площадках відповідно до типу IV/VII стандарту IPC-4761 із підтвердженням відсутності порожнин у заповненні за результатами поперечного розрізу.
Це речення практично нічого не коштує написати. Воно позбавляє вас від повторної роботи, браку, проблем із площею та суперечок щодо того, чия це помилка.
Ось перевірка, яку ви можете провести з вашою наступною платою перед тим, як вона потрапить на виробництво: відкрийте дані свого проекту, порахуйте переходи (vias), які торкаються або розташовані всередині паяльних майданчиків, і запитайте себе, що перешкодить розплавленому паяльному матеріалу потрапити в них. Якщо відповідь — «ніщо», ви виявили проблему до того, як вона коштуватиме вам одного виробничого циклу. Це найдешевший спосіб усунення помилки в цій галузі — і він доступний кожному, хто витратить тридцять секунд на перевірку.
Гарячі новини2026-09-07
2026-09-04
2026-09-03
2026-09-01
2026-08-31
2026-08-27
2026-08-26
2026-08-24
