BGA provine din limba engleza (BGA-ball grid array) care inseamna matrice de grilă cu bile. Este un tip de ambalaj pentru montarea pe suprafață, un… [308677]

1. Introducere

2. Generalitati

BGA provine din limba engleza (BGA-ball grid array) care inseamna matrice de grilă cu bile. [anonimizat]. Pachetele BGA sunt utilizate pentru a monta permanent dispozitive cum ar fi microprocesoare.

Un BGA poate furniza mai mulți pini de interconectare decât poate fi pus pe un pachet dublu în linie sau plat. Întreaga suprafață inferioară a dispozitivului poate fi utilizată în locul perimetrului. Conductoarele sunt în medie mai scurte ceea ce duce la o performanță mai bună la viteze mari. [anonimizat], prin procese automatizate.

2.1 Istoric BGA

Conceptul de lipire a unei rețele de matrici de grile cu bile la o placă a captivat industria de la mijlocul anilor 1990 și a revoluționat opțiunile disponibile pentru o densitate ridicată și ambalaje cu costuri reduse. Dorința pentru o soluție de zonă de matrice rezultă din premisa de bază a unei amprente mai mici pentru pachetele cu număr mare de pini. Acest lucru este prezentat în Figura 3.
Acest concept este o extensie firească a foii de parcurs a ambalajului: să luați un pachet PGA de 100 mil și reduceți pitchul rețelei. Primul este pachetul interstitial PGA la aproximativ 70 mil. centre eficiente. Următoarea grilă fină este de 50 de milioane de centre. [anonimizat], ceea ce face dificilă producerea unei placi de circuit cu găuri pe o rețea de 50 mil, [anonimizat] o deschidere între ele pentru rutare. Centrul de 50 [anonimizat], dar numai pentru montarea pe suprafață.

Un exemplu de un astfel de pachet este prezentat în Figura 4.

Grilele de rețea cu bilă au devenit din ce în ce mai populare pentru ICS SMD care necesită conexiuni cu densitate mare. Folosind partea inferioară a [anonimizat], simplificând aspectul PCB.
[anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat].

2.2 Cum a aparut BGA?

[anonimizat]. Pachetele convenționale de tip quad flat pack aveau coloane foarte subțiri și foarte îndepărtate. Această configurație generează o serie de dificultăți.

Un prim dezavantaj ar fi deteriorarea pinilor: [anonimizat], iar distanța între ei înseamnă că poziția lor trebuie controlată foarte atent.

[anonimizat]. IC-[anonimizat] o problemă majora.

Densitatea Pinilor: [anonimizat] a fost de așa natură încât scoaterea pieselor de la IC s-a dovedit a [anonimizat] s-ar putea să existe congestie în unele zone.

Procedeul de lipire ar putea fi un alt dezavantaj deoarece având în vedere distanța foarte apropiată dintre pinii QFP, este necesară o foarte atentă comandă a procesului de lipire, în caz contrar contactele pot fi ușor legate. Pachetul BGA a fost dezvoltat pentru a depăși aceste probleme și pentru a îmbunătăți fiabilitatea îmbinărilor lipite. Ca urmare, BGA este utilizat pe scară largă, iar procesele și echipamentele au fost dezvoltate pentru a depăși problemele legate de utilizarea lor.

3. Pachetul BGA

BGA-ul folosește o abordare diferită a conexiunilor fata de cea utilizată pentru conexiuni mai convenționale de montare pe suprafață. Alte pachete, cum ar fi pachetul quad flat, QFP, au folosit părțile laterale ale pachetului pentru conexiuni. Acest lucru a însemnat că a existat un spațiu limitat pentru pinii care trebuiau să fie distanțați foarte îndeaproape și făcându-i mult mai mici pentru a asigura nivelul necesar de conectivitate.

BGA-ul utilizează partea inferioară a pachetului, unde există o zonă considerabilă pentru conexiuni. Pinii sunt plasați într-un model de rețea (de aici numele Ball Grid Array) pe sub-suprafața transportatorului de cipuri. De asemenea, se folosesc plăcuțele cu bile de lipire ca metodă de conectare. Pe placa de circuite imprimate, PCB, pe care urmează să fie instalat dispozitivul BGA, există un set de seturi de plăcuțe de cupru care să asigure conectivitatea necesară.

3.1 Tipuri de pachete BGA

Pentru a satisface varietatea cerințelor pentru diferite tipuri de asamblare și echipamente, au fost dezvoltate o serie de BGA-uri.

MAPBGA -Moulded Array Process Ball Grid Array: Acest pachet BGA vizează dispozitive cu performanțe scăzute și performanțe medii care necesită ambalaje cu inductivitate scăzută, ușurință de montare pe suprafață. Oferă o opțiune cu cost redus, cu o amprentă redusă și un nivel ridicat de fiabilitate.

PBGA -PBGA – Plastic Ball Grid Array:  Acest pachet BGA este destinat dispozitivelor de înaltă performanță care necesită o inductivitate scăzută, ușurința de montare a suprafeței, un cost relativ scăzut, păstrând în același timp un nivel ridicat de fiabilitate. Are niște straturi suplimentare de cupru în substrat, care permit manipularea nivelurilor de disipare a puterii.

TEPBGA -Thermally Enhanced Plastic Ball Grid Array: Acest pachet oferă niveluri mult mai mari de disipare a căldurii. Utilizează planșe de cupru groase în substrat pentru a extrage căldura de la matriță la placa clientului.

TBGA -Tape Ball Grid Array:Acest pachet BGA este o soluție de la jumătatea până la cea superioară pentru aplicații care necesită performanțe termice ridicate fără un radiator extern.
PoP – Package on Package: acest pachet poate fi folosit în aplicații unde spațiul este la o primă reală. Acesta permite stivuirea unui pachet de memorie deasupra unui dispozitiv de bază

MicroBGA: După cum indică numele, acest tip de pachet BGA este mai mic decât pachetul standard BGA. Există trei intervale care sunt predominante în industrie: 0,65, 0,75 și 0,8 mm.

BGA-ul provine din matricea de pini (PGA), care este un pachet cu o față acoperită (sau acoperită parțial) cu știfturi într-un model de rețea care, în timpul funcționării, conduc semnale electrice între circuitul integrat și placa de circuit imprimat ( PCB) pe care este plasat. Într-un BGA, știfturile sunt înlocuite cu plăcuțe de pe partea inferioară a pachetului, fiecare inițial cu o minge mică de lipire lipită de el. Aceste sfere de lipire pot fi plasate manual sau prin echipamente automate și sunt ținute în loc cu un flux lipicios. Dispozitivul este plasat pe un PCB cu plăcuțe de cupru într-un model care se potrivește cu bilele de lipire. Ansamblul este apoi încălzit, fie într-un cuptor de reflow sau printr-un încălzitor cu infraroșu, topind bilele. Tensiunea de suprafață determină lipirea topită să țină pachetul în aliniament cu placa de circuit, la distanța de separare corectă, în timp ce lipirea se răcește și se solidifică, formând legături sudate între dispozitiv și PCB. În tehnologii mai avansate, bilele de lipire pot fi utilizate atât pe PCB, cât și pe pachet. De asemenea, în module multi-chip stivuite, bilele de lipire sunt utilizate pentru a conecta două pachete.

3.2 Avantajele pachetului BGA

Dispozitivele de tip BGA oferă o amprentă de dimensiuni reduse, comparativ cu pachetele standard cu plumb IC, cum ar fi dispozitivele SOP sau QFP. De exemplu, amprenta unui TQFP de 100 de pini este de 256 mm2, în timp ce echivalentul foarte înalt al mingii BGA (VFBGA) cu 100 de bile este de numai 36 mm2.

Ca rezultat, puteți reduce amprenta PCB-ului componentei cu 85%.

Pachetele BGA asigură o cale mai scurtă de conducere între matriță și PCB deoarece folosesc un substrat în locul unui cadru de plumb. Calea mai scurtă oferă o inductanță mai mică, ceea ce duce la o performanță mai bună a electricității, minimizând distorsiunea semnalului în aplicațiile de mare viteză. Substratul asigură, de asemenea, o mai bună disipare a căldurii, permițând căldurii generată de dispozitiv să curgă din spatele matriței, prin bilele de lipire și prin PCB.

Asamblarea unui BGA pe un PCB este mai ușor de gestionat în comparație cu un IC plumb cu același număr de plumb. Majoritatea rectificatoarelor de lipire provin din bilele de lipit BGA, care sunt aplicate din fabrică în formă și dimensiuni precise în timpul asamblării BGA. Bilele de lipit, de asemenea, se aliniază automat la plăcuțele de sol corespunzătoare în timpul reluării. Figura 10 prezintă un pachet BGA montat pe un PCB.

3.3 Bazele profilării termice

Crearea unui profil termic nu este foarte simpla. PCB-urile sunt populate cu un sortiment din ce în ce mai variat de noi ambalaje și tehnologii, introducând noi provocări și compromisurile asociate atunci când vine vorba de crearea profilului termic. De obicei, o placă convențională constă dintr-un amestec de componente pasive și active în ambalajul tradițional. Din ce in ce mai mult, plăcile sunt populate cu BGA și QFN, precum și cu BGA-urile mai mari.

Crearea unui profil pentru o astfel de placă prezintă probleme, deoarece pachetele mai mari necesită mai multă căldură decât cele mai mici și există considerații speciale în ceea ce privește pachetul pe pachet (PoP-package-on-package). Găsirea unei setări de temperatură care să fie acceptabilă atât pentru pachetele mai mari, cât și pentru cele mai mici, în timp ce jonglează compromisuri și considerații speciale, este un act de echilibrare. Este important să nu supraîncălziți pachetele mai mici pentru a evita punctele de lipire. Pe de altă parte, mai multă căldură trebuie aplicată pachetelor BGA mai mari pentru îmbinările solide de lipit și pentru a nu crea nicio îmbinare deschisă de lipit.

După crearea profilului termic, placa de primul articol este rulată prin reflow pentru a determina dacă profilul este bun. În acest moment, inspecția cu raze X poate fi efectuată atât pe margini cât și pe BGA pentru a determina dacă există probleme: de exemplu, goluri și alte defecte (Figura 12), cum ar fi dacă bilele BGA sunt conform standardelor IPC . Prima placă informează și definește ajustările necesare profilului de reflow.
Inspectia cu raze X acoperă aproximativ 90% dintre problemele pe care inginerul de proces le vede. Aceste vizualizări cu raze X furnizează foaia de parcurs pentru tipul de ajustări care pot fi necesare, cum ar fi un timp de preincalzire mai scurt sau mai lung sau determinarea dacă bilele BGA sunt afectate sau nu. Apoi, o temperature mai mare ar putea fi, de asemenea, necesară pentru acea placă.

O varietate de ajustări pot fi aplicate profilului pentru a se potrivi pachetelor mari și mici. În general, profilarea presupune efectuarea acestor ajustări pe bază de placa. Cea mai obișnuită modalitate de a stabili un profil este să setați mai întâi o linie de bază și să o executați prin cuptor. Pentru a face acest lucru este nevoie de mai multe etape. În primul rând, hermocourile sunt atașate pe aceste pachete.

Pentru a seta temperatura cuptorului se ia o citire pentru a indica cantitatea de căldură a acestor componente. Odată ce a fost citită temperatura și placa iese din cuptor, profilul este ajustat prin temperaturi. Trebuie gasit un echilibru corect între timpul de preincalzire, temperatura de vârf și timpul de refolosire. Timpul de preincalzire este bine reglat pentru componentele critice. În mod normal, nu este necesar un timp de preincalzire lung pentru pachetele mai mici. Pachetele mai mari, totuși, au nevoie de un timp mai îndelungat de preincalzire pentru a oferi timp suficient pentru ca volatilele de flux de pastă să se evapore înainte de reumplere.

Când profilați, asigurați-vă că sunt atinse temperaturi de vârf pentru BGA de masă mai mari, dar aveți grijă să nu ardeți componentele sensibile. În același timp, temperatura din banda transportoare trebuie luată în considerare. Această temperatură poate varia de la 2 ° la 5 ° C. Deseori, marginile PCB-ului reprezintă cele mai tari zone în cuptor. Prin urmare, ele necesită și mai multă căldură dacă BGA sunt plasate pe marginea plăcii respective. De exemplu, dacă un BGA pe o anumită placă este în mod normal setat la o temperatură maximă de vârf de 245 ° C, tendința ar fi să-l înfrunți. În același timp, totuși, păstrați ceasul pe componente precum condensatoarele electrolitice. De exemplu, prin scăderea temperaturii maxime de vârf la aproximativ 235 ° sau 240 ° C, care va împiedica aplicarea prea mare a căldurii la acele componente mai mici.

Pentru a avea un proces de reflow cat mai corect trebuie sa plasam BGA-urile departe de marginea plăcii. În mod ideal, BGA-urile vor fi situate mai aproape de mijlocul placii. Dacă acest lucru nu este posibil, o abordare alternativă este de a face un dispozitiv de reflow pentru placa respectivă. Elementul de prindere va centra placa în cuptor pentru a atenua problemele de temperaturi mai scăzute spre marginea plăcii.

O ajustare majoră a profilului pentru îmbunătățirea procesului este aceea de a întoarce placa respectivă la 90 °, astfel încât BGA-urile de pe marginea plăcii să fie,fie pe marginea de ghidare, fie pe marginea posterioară din interiorul cuptorului, și nu pe balustradele cuptorului (Figura 3).

Nerespectarea unui echilibru corect poate duce la probleme în timpul testării sau al controlului calității. Unele probleme pot aparea la bilele de lipire și delaminare pe PCB. Bilele de lipire apar de obicei atunci când placa este supusă unei rate excesive de încălzire în timp ce trece prin cuptorul de refolosire. Ciclul de reîmprospătare este prea lung, iar bilele de lipire se formează pe toata placa. De asemenea, căldura excesivă poate provoca delaminarea plăcii, compromițând fiabilitatea PCB-ului.

Lipsa de incalzire locala la BGA este o alta problema care ar putea fi intalnita. Aceasta înseamnă că BGA nu obține suficientă căldură, iar bilele nu sunt afectate. Uneori profilul termic nu este optim, generând astfel goluri BGA. De exemplu, un BGA care este în mod obișnuit încălzit până la un maxim maxim de 245 ° C, ar putea observa o creștere ușoară a temperaturii, pentru a se asigura un reflow corespunzator.
Pachetul pe pachet (PoP-Package-on-package) reprezintă o nouă provocare pentru crearea profilului termic corect și adecvat pentru un PCB (Figura 14). În acest caz, există argumente pro și contra pentru a face față. Există două moduri folosite. Unul implică reluarea separată a unei componente pe partea superioară celei primare de la stația de reprelucrare sau în cuptorul de reflow. Acest proces este efectuat înainte ca PoP să fie instalat pe placă și un profil separat este creat numai pentru acea componentă. Odată ce componentele superioare sunt încărcate pe cele din partea de jos folosind stația de reprelucrare, toate PoP-urile sunt instalate pe PCB, iar întreaga placă este rulată prin cuptor. Asamblatorul trebuie să ia în considerare precizia plasării, depunerea pastei sau fluxului și răsturnarea reflow ca zone critice pentru aplicațiile PoP.

A doua metodă este lipirea ambelor componente în același timp. În acest caz, acestea trec prin cuptor împreună și cu placa. Acest profil special ar putea fi utilizat pentru fiecare placă cu tipuri similare de componente PoP de pe ansamblul respectiv. Dar cel mai important este nivelul de cercetare efectuat pentru a obține profilul corect și pașii luați pentru a-l crea.

Cele două metode de lipire PoP au argumente pro și contra. Cele două metode sunt stația de reprelucrare și cuptorul.

Avantajul utilizării stației de reparații pentru PoP este acela că vizează căldura dintr-o anumită zonă. În consecință, reglajele de temperatură pot fi ajustate numai pentru zona respectivă.Acest proces funcționează cel mai bine în principal pentru producții mici, cum ar fi prototipuri sau mici runde de cinci până la 10 plăci.

Dezavantajul este numărul limitat de stații de reprelucrare pe podeaua de asamblare. De obicei, există una sau două. Deci, problema aici este programul de livrare a întâlnirilor, deoarece acest proces nu este potrivit pentru circuitele cu volum mare, cu excepția cazului în care stațiile de reprelucrare multiple se află pe podeaua de producție.

Avantajul utilizării cuptorului de reflow pentru PoP este capacitatea de a efectua cantități mari. Dezavantajul este faptul că acesta profilează întreaga placă, nu doar componenta PoP. Aceasta înseamnă că toate componentele de pe placa trebuie luate în considerare. De asemenea, trec printr-un ciclu termic.

În afară de îmbunătățirea conectivității, BGA au și alte avantaje. Acestea oferă o rezistență termică mai scăzută între cipul de siliciu în sine decât dispozitivele de tip quad flat pack. Aceasta permite ca căldura generată de circuitul integrat din interiorul pachetului să fie scoasă din dispozitiv pe PCB mai repede și mai eficient. În acest mod este posibil ca dispozitivele BGA să genereze mai multă căldură fără a fi nevoie de măsuri speciale de răcire.

În plus, faptul că conductorii se află pe partea inferioară a suportului de cip înseamnă că conductele din cip sunt mai scurte. În consecință, nivelurile nedorite de inductanță a plumbului sunt mai mici și, în acest fel, dispozitivele Ball Grid Array sunt capabile să ofere un nivel mai ridicat de performanță decât omologii QFP.

3.4 Aliaje folosite

BGA (ball grid array) este un tip de montare pe suprafața PCB a circuitelor integrate, care permite folosirea unui număr superior de pini deoarece este folosită întreaga suprafață infe-rioară a capsulei, nu numai cele două sau patru laterale. De asemenea, lungimea echivalentă a terminalelor este mai mică decât a terminalelor perimetrale, rezultând performanțe sporite la viteze ridicate. Tehnologia BGA este urmașa tehnologiei PGA (pin grid array), la care o față a capsulei este acoperită, total sau parțial, de pini, care, lipiți sau prin intermediul unui soclu, realizează conectarea cu placa de circuit. În cazul BGA, pinii sunt reprezentați de mici zone circulare din cupru, care se așează peste zone cu același tipar ale PCB, conectarea efectuându-se prin topirea unei bile de aliaj de lipit între fiecare pereche de zone corespondente. De la 196 de pini pentru o capsulă de 15 x15 mm se ajunge până la 544 de pini în cazul unei capsule de 35 x 35 mm.

Densitatea pinilor și temperatura de lucru face ca lipirea capsulelor BGA să nu fie o operațiune simplă, cu atât mai mult dacă ținem seama că toți pinii se lipesc simultan și încălzirea se face pe toată aria, deci și capsula ajunge la temperaturi ridicate, iar diferența dintre temperatura de topire a aliajului (~ 180 ÷ 220 grade Celsius) și temperatura maximă la care poate fi expusă capsula în condiții de siguranță (~ 250 grade Celsius) nu este foarte mare.

De-a lungul timpului s-au folosit mai multe aliaje de lipit, cunoscute de electroniști sub denumirea generică de „cositor” sau „fludor”. Cel mai adesea este folosit aliajul SnPb, cu procentajele 60/40 – temperatura de topire 188 grade Celsius, sau 63/37 – care are avantajul unui punct fix de topire – 183 grade Celsius și cea mai scăzută temperatură de topire din aliajele SnPb. În 2006, Directiva WEEE și RoHS (Waste Electrical and Electronic Equipment Directive and Restriction of Hazardous Substances Directive) restricționează folosirea plumbului în industria electronică, asfel că au apărut aliajele de lipit fără plumb. S-a trecut astfel la aliaj Sn-Ag-Cu, însă rata de răcire insuficient de lentă pentru BGA a dus la introducerea unui al patrulea element, aliajele potrivite pentru BGA fiind Sn3,5Ag-0,74Cu-0,21Zn (gama temperaturilor de topire 217÷220 ˚C) și Sn-3,5Ag-0,85Cu-0,10Mn (gama temperaturilor de topire 211÷215 ˚C). Decapantul (engl. – flux) este un agent de reducere, care ajută la reducerea (întoarcerea oxidului de metal la starea inițială – metal) oxizilor din punctul de contact, rezultatul fiind o îmbunatățire a contactului electric, dar și rezistență mecanică sporită. Principalele substanțe decapante folosite sunt cele bazate pe acizi și cele pe bază de colofoniu. Efectul coroziv al decapanților pe bază de acizi face improprie folosirea lor în electronică, astfel că s-a răspândit folosirea colofoniului (engl. – rosin flux), aliajele moderne de lipit sub formă de sârmă având inserat de-a lungul sârmei și colofoniu.

4. Defecte intalnite la BGA

Unul din aspectele esențiale ale producției de electronice este ca asigură specificațiile de lipire definite de modelul de sudare,iar producătorii de pachete sunt pe deplin implementați în producție și există un proces de menținere a fiabilității și repetabilitatea lipirii. Când reparati sau înlocuiți o parte din cauza fabricației sau a unui defect parțial, munca este de obicei făcuta prin lipire manuală, un proces manual care este apoi verificat de operator prin inspecție manuală. În cazul repararii BGA, este o provocare să oferim același nivel de condiții de lipire ca și originalul lipit, datorită arhitecturii diferite a rework-ului echipamentelor. Această provocare este în continuare compusă cu pachetele de amprente mai mici, cum ar fi micro-BGA-urile, QFN-urile și LGA. Cantități minime de lipit în pachete mici iar manipularea pieselor de pe echipamentul de reparații reduce fereastra de proces. Este important să se controleze procesul pentru a menține cantitatea de pastă de lipit și potrivită condiției de reflow pentru a asigura o îmbinare fiabilă si reușită de lipit.

Detecția defectelor de suprafață BGA (Ball Grid Array) necesită metode mai rapide și mai precise pentru aplicațiile din industria semiconductorilor. În mod tradițional, inspecția BGA a folosit imagini de dimensiune gri. Cu toate acestea, placa de lipire, cablurile și cântarele gri afișate în imagini prezintă o variație mică.

Prin urmare, atunci când valoarea pragului este defectuoasă sau rata contractului este nesemnificativă, detectarea BGA poate să nu reușească să segmenteze un obiect.

Această cercetare propune o metodologie modificată care folosește corecția gama pentru îmbunătățirea imaginii. Trei benzi de culoare sunt aplicate unui algoritm de corectare gamma modificat (adică RGB) pentru a separa mai bine contrastele de imagine ridicate și joase.

Rezultatele mai bune se obțin prin împărțirea imaginii în porțiuni de fundal și prim plan, folosind corecția Gamma și banda de culori R. Ca rezultat, metoda propusă poate îmbunătăți valoarea de contrast cu aproximativ 52,09%. Valorile proprii ale formei și caracteristicile neuniforme sunt folosite pentru a detecta defectele. Rezultatele au arătat că cercetarea corectitudinii clasificării este de 96,43%. Metoda propusă a fost utilizată cu o imagine de 640 × 480 pixeli, realizând detecția completă a defectelor cu 0,3 secunde mai rapidă decât metoda tradițională de îmbunătățire, care necesită o secundă. Rezultatele cercetării oferă o soluție eficientă pentru detectarea și clasificarea problemei BGA de suprafață cu bilă de tablă.

Cand se doreste prevenirea aparitiei problemelor de montare a componentelor BGA sau cand se doreste rezolvarea si corectarea unor astfel de probleme, este important sa se cunoasca bine modul in care se modifica aceasta conexiune de lipire in timpul operatiunii de incalzire.

In Figura se poate observa o lipitura buna pentru niste componente BGA, in situatia in care procesul pachetului de lipire a componentelor BGA este privit ca o unitate de observare a temperaturii crescute. In acest exemplu, cand se intra in faza de incalzire principala (adica peste punctul de topire) si pasta de lipire fuzioneaza, lipirea incepe sa se extinda inspre bile, iar cand toate bilele au fuzionat, dispozitivul incepe sa se diminueze.

Pentru a face lipituri bune, este important sa aveti in vedere timpul necesar deasupra punctului de lipire, astfel incat dispozitivele sa se scufunde in mod adecvat in lipitura.

4.1 Incalzirea insuficienta

In Figura 16 se arata o problema care apare din cauza incalzirii insuficiente in procesul de lipire a componentelor BGA. Acesta este de fapt un exemplu de schimbare a conditiilor de incalzire si de observare a aspectului extern al lipiturii, precum si a sectiunii transversale. Daca temperatura de varf este prea scazuta si timpul petrecut deasupra punctului de topire este prea scurt, fie pasta de lipit si bilele de reballing nu se vor topi corespunzator si astfel nu vor fuziona fie, chiar daca se vor topi, lipitura s-ar putea sa fie prea slaba. Pe masura ce temperatura de varf devine tot mai mare, iar timpul petrecut deasupra punctului de topire creste, forma lipiturii capata o consistenta mai mare devenind mai rezistenta. Respectand toate conditiile prevazute, puteti realiza o lipitura foarte solida.

4.2 Defectul Head-in-Pillow

Cand se monteaza componentele BGA, iar pasta de lipit nu fuzioneaza cu bilele BGA, poate sa apara fenomenul ce poarta denumirea de Head-in-Pillow, asa cum se arata in figura 17.

In aceasta situatie bila de lipit si pasta de lipit se afla intr-o stare in care nu se interconecteaza. Chiar si in aceasta stare, cu toate acestea, imbinarea poate fi conducatoare de electricitate in testarea de montare initiala.

Figura 18 prezinta mecanismul care apare in cazul defectului de tip Head-in-Pillow. Cand pachetul de lipit sau placa de circuite imprimante este incalzita, are loc deformarea. Daca aceasta deformare este mare, bila de lipit si pasta de lipit vor fi indepartate, trase afara (procesul de preincalzire din imagine). In cazul in care incalzirea continua in aceasta stare, bila de lipit va primi mai multa caldura si apare procesul de oxidare a suprafetei (procesul principal de incalzire). In acest moment, desi fluxul se scurge din pasta de lipit si acopera suprafata, daca acest flux isi pierde din activitate, in timp ce deformarea este inversata in timpul procesului de racire, chiar daca bila de lipit face contact, fluxul nu poate indeparta pelicula de oxid de pe suprafata bilei de lipit. In acest caz spunem ca are loc un defect de tip Head-in-Pillow (“cap in perna”) – procesul de racire.

In plus, fata de cauza deja prezentata in sectiunea de mecanism atribuit, pot aparea si alti factori care pot cauza defecte de tip Head-in-Pillow. In Figura 19 se prezinta o analiza arbore a defectelor factorilor de montare. Se considera ca defectul Head-in-Pillow poate aparea dintr-o cauza individuala sau ca urmare a unor combinatii de cauze multiple.

Figura 20 arata o imagine de ansamblu conceptuala a cauzelor defectelor Head-in-Pillow si a marjei de montare. Cand creste pericolul aparitiei defectului Head-in-Pillow din una sau mai multe cauze prezentate, marja de montare se reduce. Daca, mai departe acest proces creste, marja de montare se poate pierde, lucru care duce la aparitia defectului Head-in-Pillow.

4.3 Deformarea pachetului/ componentelor BGA

Deformarea apare atunci cand un pachet de componente BGA sau o placa de cabluri imprimate se incalzeste. Cand gradul de deformare este mare, sau cand directiile de deformare sunt opuse, distanta la punctele de lipire creste, bila de lipit si pasta de lipit se separa. Ca urmare, poate aparea defectul Head-in-Pillow.

Figura 20 arata rezultatul studierii deformarii la produsele cu defecte de montare, caz in care apare Head-in-Pillow. In acest exemplu, deformarea concava poate fi observata atat in pachetul de componente BGA cat si in placa de circuite imprimate din zona pachetului de montare BGA. Aici, defectele de incapacitate de fuziune apar in locurile in care separarea deformarii intre pachetul de componente BGA si placa de cablaj imprimat este mai mare in centrul partii D.

Pachetele de componente BGA si placile de cablaj imprimate trebuie stocate in conditii optime. Deformarea se extinde atunci cand pachetele de componente BGA si placile de cablaj imprimante absorb umezeala. Daca se absoarbe umiditatea, lipiti aceste elemente conform condititiilor prevazute.

Din moment ce deformarea poate fi influentata de materialele placii de cablaj imprimante, de structura, de cablaj, forma, si de schema de montare, verificati comportamentul de colmatare la temperatura camerei in conditii de incalzire. Daca are loc o deformare mare la temperatura inalta, folositi un dispozitiv de prevenire a deformarii. In cazul in care pachetele de BGA stau de prea multa vreme descoperite de la deschiderea ambalajului, pelicula se poate oxida si poate sa devina mai groasa. De aceea, acest lucru poate reprezenta o cauza pentru aparitia defectului Head-in-Pillow. Chiar daca verificam daca pelicula de oxid de pe bila de lipit devine mai groasa datorita preprocesarii, inflenta sa asupra sudabilitatii nu este semnificativa, asa cum se arata si in figura . Daca exista si alti factori care interfereaza cu acest lucru (de exemplu, daca pelicula de oxid de pe bila de lipit creste rapid in timpul incalzirii reflow sau daca pachetul de BGA sau placa de cablaj imprimat se deformeaza). Si in aceste situatii creste riscul aparitiei defectului Head-in-Pillow. Exemplu de evaluare de reproductibilitate: sudabilitatea grosimii peliculei de oxid a bilei de lipit si a pastei de lipit In acest exemplu, chiar si in cazul in care bilele de lipit pe care au fost efectuate preprocesari si pelicula de oxid de suprafata s-au ingrosat, lipirea realizata a fost buna.

Figura 21: Solderabilitatea dintre bilele de lipit si pelicula groasa de oxid

5. Metode de testare

5.1 Metoda de testare manuala

Domeniu de aplicare.

Această metodă trebuie utilizată ca îndrumare pentru pregătirea unui specimen metalografic de plăci imprimate. Microsecțiunea finită este utilizată pentru evaluarea calității sistemului de laminat și a structurilor placate (găuri plăcute, îmbinări de lipit, viasuri etc.). Structurile placate pot fi evaluate pentru caracteristicile foliilor de cupru, placare și / sau acoperiri pentru a determina conformitatea cu cerințele aplicabile ale specificațiilor de performanță. Procesul de eșantionare metalografică este privit de mulți ca fiind în esență o abilitate foarte dezvoltată; această metodă descrie acele tehnici care s-au dovedit a fi în general acceptabile. Nu încearcă să fie atât de specifică încât să nu permită variante acceptabile care să permită diferențierea metalografilor. În plus, succesul acestor tehnici rămâne în mare măsură dependent de priceperea unui metalograf individual.

Notă: Aceste tehnici de microsecție sunt procese și sunt destinate ca orientări și astfel sunt permise variații.

Notă: Utilizarea materialelor enumerate în secțiunea 4 poate fi limitată sau interzise în anumite medii. Revedeți Fișa tehnică de securitate (SDS) pentru materialele utilizate.

1.1 Metoda A (manuală) Descriere Metalografică manuala, prepararea probei (eșantioanelor).

1.2 Metoda B (Semi sau Automatic) Descriere Semi sau pregătirea metalizată automată utilizată echipamentelor dedicate de microsecțiune pentru a pregăti mostre multiple.

2. Documente aplicabile: Instrucțiuni IPC-MS-810 pentru microsecționarea înaltă a volumului ASTM E 3 Metode standard de pregătire a metalografiei specimenelor.

3. Exemple de testare: Un cupon de încercare sau o placă imprimată inspectata conform specificațiilor de performanță aplicabile, care includ caracteristicile care urmează să fie evaluate (adică găurile placate sau laminate). Acest lucru poate necesita mai multe microsecțiuni.

4. Aparatură sau Material

4.1 Metoda de îndepărtare a eșantioanelor (a se vedea IPC-MS-810).

4.2 Echipamente de protecție personală (de exemplu, protecția ochilor, mănuși)

4.3 Sistem de ventilație în conformitate cu material SDS (după cum este necesar)

4.4 Montarea matritelor.

4.5 Suprafață de montare netedă și plană.

4.6 Agent de eliberare (opțional).

4.7 Suporturi de probă (opțional pentru metoda A).

4.8 Instrumente de aliniere a probelor (metoda B).

4.9 Sistemul sau echipamentul metalic umed de slefuire / lustruire (după caz).

4.10 Ajutor vizual cu mărire redusă (reticul opțional)

4.11 Microscop metalografic capabil de construcție minima integrări, așa cum sunt specificate în achizițiile documentației.

4.12 Pompa de vid și desicator sau oala cu presiune (Opțional).

4.13 Materialul de acoperire (temperatura maximă de întărire 93 ° C [200 ° F]).

4.14 Șmirghel. Federația Europeana a Producătorilor Abrazivi din România (FEPA) (ISO6344) din hârtie cu suport din silicon Carbide P (acoperit) mediu abraziv P80-P4000 (Statele Unite CAMI (Institutul de Producători Abrazivi Coated) gama de grilă: 80-1200.

4.15 Panze de lustruit. O panza tare pentru suprafete dure și lustruire intermediară, și o pânză moale pentru finisarea finala.

4.16 Suspensie de lustruire cu oxid de siliciu coloidală (lustruire finală, 0,3 – 0,04 pm [11,8 – 1,57 min]).

4.17 Lustruirea abrazivă cu suspensie diamantata. (6.0 – 1.0 μm [236 – 39.4 μin])

4.18 Lubrifiant de lustruit.

4.19 Soluție de gravare (a se vedea 5.5.2.1).

4.20 Bile de bumbac și tampoane pentru curățare și aplicare etanșă.

4.21 Alcool izopropilic, soluție apoasă 25% de metanol sau alt solvent adecvat (verificați reacția cu încapsularea medie și sistemul de marcare).

4.22 Metoda de marcare permanentă de identificare (de exemplu, laser inscripționare, marcator permanent, etichetă încorporată etc.) a trasabilitatii.

4.23 Dispozitiv de curățare cu ultrasunete.

5. Procedură: Etapele acestei secțiuni sunt aplicabile atât penru metoda A cat și metoda B dacă nu sunt altfel indicate.

5.1 Eliminarea specimenului: Eliminarea specimenului necesar din produsul care urmează să fie testat.  Permiteți o distanță suficientă pentru a preveni deteriorarea zonei de examinat. Unele metode utilizate în mod obișnuit includ tăierea cu ajutorul unui ferăstrău de bijutier cu bandă în miniatură, tăietor cu diamant sau tăiere abrazivă; rutare cu ajutorul unei mașini de frezat mici; sau perforarea folosind o matriță ascuțită, goală (nu este recomandată pentru material gros sau fragil (vezi IPC-MS-810). Pentru toate probele trebuie să se mențină transabilitatea necesara.

5.2 Prepararea specimenului

Notă: Completați orice precondiționare și / sau test de stres necesare înainte de montare. Notă: Pentru a determina planul corect de șlefuire pentru structurile placate cu o lungime de 0,010 inch sau mai puțin, diametrul structurii este necesar pentru evaluare. Pentru microvias trebuie prevăzut diametrul structurii la nivelul stratului de captură. Pentru structurile stivuite în care ambele structuri nu corespund în același timp cu centrul toleranței la găuri, consultați specificațiile de performanță pentru orientare sau AABUS.

5.2.1 Metoda A: Îndepărtați toate marginile înainte de a fi montate folosind smirghelul dur, în conformitate cu Tabelul 5-1, până la o adâncime de polizare de aproximativ 1,27 mm.

Asigurați-vă că marginea de evaluare este paralelă cu suprafața de montare și eșantionul isi menține perpendicularitatea așa cum se vede în Figura .

5.2.2 Metoda : Scoateți specimenul de pe placa sau panoul imprimat, astfel încât găurile orificiilor de fixare sau ale țintei PTH să nu fie deteriorate.

5.2.2.1 Inspectați sistemul de prindere a instrumentului de lucru, inspectați orificiile de fixare pentru a verifica dacă acestea nu sunt conectate sau deteriorate. Înlăturați orificiile de prindere cu ajutorul unui instrument care nu va schimba locația dimensională sau nu va mări gaura. Este recomandat un burghiu cu același diametru al găurii. Verificati daca pinii de prelucrare pentru materiale straine care adera la acestia. Curățați suprafața pinului după cum este necesar. Aruncați orice știfturi care sunt îndoite sau zgâriate la suprafața.

5.3 Proba metalografică de montare

5.3.1 Curățați matrițele de montare și suprafața de montare și uscați bine. Aplicați agentul de eliberare (opțional).

5.3.2 Curățați temeinic proba utilizând un solvent adecvat cum ar fi izopropil sau alcool etilic. Acest lucru este deosebit de important atunci când este prezent fluxul sau uleiul, deoarece poate duce la o adeziune slabă a materialului de montare, cauzând goluri între specimen și material. Aceste lacune fac pregătirea corectă a probelor metalografice extrem de dificilă, dacă nu chiar imposibilă.

5.3.3 Încărcarea specimenului

5.3.3.1 Metoda A: Se montează specimenul în matrita de montare, perpendicular pe bază folosind suporturi de probă, cleme sau cu bandă adezivă pe două fețe. Păstrați proba în centrul matritei de montare.

5.3.3.2 Metoda B: Se monteaza specimenul pe pinii de lucru. Pinii aliniază PTH-ul țintă pe un plan comun. Acest plan comun asigură că toate PTH-urile vor fi șlefuite în centrul găurii în același timp. Împingeți pinii de lucru în orificiile sau fantele probei. Pinii trebuie să se potrivească perfect.

5.3.4 Pregătirea materialului de incapsulare: este recomandată protecția personală pentru a proteja pielea sensibila. Pregătiți materialul de cimentare pentru a vă asigura că temperatura de întărire nu depășește 93 ° C [200 ° F]. Se amestecă prin plierea materialului de montare în așa fel încât să se reducă la minimum bulele de aer.

5.3.5 Turnarea materialului: Umpleți cu grijă matrita de montare cu material, turnând dintr-o parte pentru a asigura aderența la toate suprafețele probei.

5.3.5.1 Metoda A: Proba trebuie să rămână verticală în timpul turnării.

5.3.5.2 Metoda B: Asigurați-vă că știfturile de scule nu își schimbă poziția sau nu se ridică în timpul turnării și / sau întăririi materialului.

5.3.6 Eliminarea vidului sau a presiunii pentru materiale: În timp ce se află într-o stare lichidă, materialele pot necesita vid sau presiune pentru a obține o încapsulare adecvată. Îndepărtați vidul sau presiunea înainte de întărire pentru a preveni stresul necorespunzător al specimenului.

5.3.7 Curățarea și îndepărtarea suportului

Permiteți specimenului să se întărească și să se răcească la temperatura camerei. Calitatile minime sunt:

• Materialul de acoperire este tare și nu este lipicios.

• Bule minime în material.

• Nu există lacune între materialul de montare și mostră.

• Toate lacunele din structura care trebuie evaluată trebuie să fie umplute cu material

Prezența acestor deficiențe va conduce la dificultăți de pregătire a probelor, după cum se menționează la punctul 5.3.2

5.3.8 Marcarea specimenului: Identificați specimenul printr-o metodă permanentă (a se vedea punctul 4.22). Sistemul de marcare selectat nu trebuie să fie afectat de prelucrarea ulterioară.

5.3.9 Pregătirea montării

5.3.9.1 Metoda A: Scoateți marginile ascuțite și aplatizați partea superioară cu hârtie de nisip (240) fără nisip.

5.3.9.2 Metoda B: Scoateți excesul de material de montare de la capetele expuse ale pinilor.

5.4 Șlefuirea și lustruirea: Următoarele sunt o descriere a etapelor de slefuire și lustruire de bază. Vezi tabelul 5-1 pentru exemplele metodelor 2, 3, 4 și 5 pentru metoda A și tabelul 5-2 și tabelul 5-3 pentru metoda B.

Calitatile minime sunt:

1) Precizia de șlefuire și lustruire a microsecției trebuie să fie de așa natură încât suprafața de vizionare a fiecărui PTH să fie în limita a 10% din diametrul găurii, așa cum se arată în figura 5-2.

2) Se observă numai zgârieturi fine pe suport atunci când sunt văzute la o mărire de 100X.

3) Diferență mică sau deloc între materialul de potting și specimen.

4) Nu există material rezidual abraziv de hârtie pe suprafața suportului.

5) Suprafața suportului are un singur plan de îndepărtare a materialului.

Dacă suportul are mai multe planuri de îndepărtare a materialului, porțiunile eșantionului nu se vor lustrui, deoarece suprafața ciudată nu atinge niciodată materialul de lustruit.

Notă: Curățarea cu ultrasunete este foarte recomandată, mai ales între etapele mai fine de măcinare, înainte de lustruirea brută și între toate etapele de lustruire. Este esența specimenelor de plăci imprimate, în special a celor cu material de bază epoxidic, ca urmare a expunerilor termice, să conțină goluri care pot prinde resturile de șlefuire și lustruire care nu sunt îndepărtate în timpul spălării simple. Curatarea ultrasonica trebuie să fie exercitată cu grija pentru a nu deteriora suprafața specimenului cu o curățare ultrasonică excesivă. Eșantionul poate fi plasat cu suprafața lustruită perpendicular pe fundul recipientului. Curățarea cu ultrasunete timp de un minut poate deteriora o suprafață lustruită.

5.4.1 Metoda de slefuire A

5.4.1.1 Șlefuirea aspră: Șlefuiți grosier proba înainte de a ajunge la partea destinată a fi evaluată cu un mediu abraziv.Vitezele roților de 200 până la 300 rpm sunt în general utilizate în timpul șlefuirii.Rotiți specimenul la 90 ° între fiecare dimensiune succesivă a granulelor și măturați de două până la trei ori timpul necesar pentru a elimina zgârieturile din pasul anterior. Îndepărtarea zgârieturilor poate fi verificată prin inspecție microscopică între etape. Este foarte important ca suprafața de suport a microsecțiunii să fie într-un singur plan.

Scopul rotirii microsecțiunii cu 90 ° între dimensiunile succesive ale smirgelului este de a facilita inspecția. Dacă se constată că zgârieturile sunt perpendiculare pe cele realizate în timpul ultimei etape efectuate, este un bun indiciu că suprafața nu este plană și că microsecțiunea necesită o slefuire suplimentară. Dacă suprafața microsecțiunii nu este plată la finalizarea operațiilor de slefuire, este posibil să nu fie posibilă îndepărtarea tuturor zgârieturilor de slefuire în timpul slefuirii fine.

Atenție: Pentru a preveni supraîncălzirea, deteriorarea specimenului și îndepărtarea resturilor de șlefuire la toate etapele de slefuire, trebuie utilizat un debit foarte mare de apă.

5.4.1.2 Slefuirea fină: Mediul abraziv final (ANSI 600 grit / P1200 FEPA) trebuie să se termine la linia centrală axială a caracteristicii dorite care trebuie evaluată, cum ar fi structura placată.

5.4.2 Metoda de slefuire B

5.4.2.1 Oprirea instrumentelor de lucru: Suportul de montare se oprește pentru a permite echipamentului să se slefuiasca la o distanță stabilită. Aceste opriri trebuie să fie calibrate pentru fiecare piesă de hârtie abrazivă pentru a vă asigura că orice zgârieturi din pasul anterior sunt îndepărtate.

5.4.2.2 Presiunea de slefuire: Reglarea presiunii echipamentului este forța directă asupra unei celule de sarcină. Pentru a determina presiunea pe fiecare suport, împărțiți setarea de presiune pe suprafața suporturilor de procesat.

Setarea presiunii recomandată pentru șase suporturi la diametrul de 38,1 mm [1,5 in] este de 351,5 g / mp. cm (5,0 psi) cu rotația roții între 300 – 600 RPM.

5.4.2.3 Alte variabile: Variabilele recomandate pentru a fi cunoscute sunt durata de timp în care hârtia abrazivă îndepărtează materialul în mod eficient, mărimea zgârieturilor cauzate de hârtia abrazivă pe suprafața specimenului și calitatea apei (particule nedizolvate care pot cauza zgârieturi).

5.4.2.4 Slefuirea suportului: folositi o cantitate de apă pentru a promova eliminarea eficientă a materialului de către hârtia abrazivă. Duritatea specimenului va dicta numărul de pași brut și fin de măcinare necesari pentru a ajunge în apropierea centrului găurii. Grâul dur de măcinare ANSI 180-240 (P180 – P240 FEPA) este utilizat pentru a intra pe marginea PTH, iar grâul de măcinare fină ANSI 400-600 (P800-P1200 FEPA) se utilizează pentru a se macina în apropierea centrului găurii. Distanța pentru a opri scurt centrul este determinată de dimensiunea de zgârietură a ultimei etape de șlefuire utilizate.

5.4.2.5 Curățarea suportului: Curățați suprafața de montaj cu un săpun ușor de mână pentru a îndepărta gresia abrazivă. Acest lucru este deosebit de important atunci când același suport de montare este utilizat pentru șlefuire și lustruire. Aveți grijă să nu zgâriați suprafețele care trebuie evaluate în timpul curățării.

5.4.3 Lustruirea: Mediul de lustruire din diamante este preferat pentru plăcile imprimate. Mediile de diamant reduc substanțial riscul de rotunjire a metalelor. Diamantele oferă o definiție mai clară a suprafețelor de cupru pentru a evalua separarea suprafețelor conductive.

5.4.3.1 Lustruirea dura:  Lustruire dură (6 – 3 μm [236 -118 μin]) eșantionul utilizeaza o cârpă tare sau fără cârpă. Vitezele reduse ale roților sunt în general utilizate în timpul lustruirii finale datorită tragerii sporite pe microsecție. Utilizați lubrifiantul recomandat pentru fiecare mediu de lustruit. După polizarea grosieră, examinați microscopic specimenul pentru a verifica îndepărtarea tuturor zgârieturilor anterioare. Curățați cu ultrasunete specimenul.

5.4.3.2 Lustruirea fina: Continuați să lustruiți cu 1.0 – 0.25 μm [39.4 – 118 μin] folosind o cârpă tare sau fără cârpă și examinați microscopic specimenul pentru a verifica îndepărtarea tuturor zgârieturilor anterioare.

5.4.3.3 Metoda B – Configurarea procesului de lustruire

Numărul de etape de polizare este determinat de duritatea specimenului, distanța până la centrul găurii și mărimea zgârieturilor ultimei etape de măcinare fină. Pot exista mai multe etape de lustruire intermediară, dar numai un singur pas final de lustruire.

5.4.3.4 Metoda B – Pași intermediari lustruirii

Etapele intermediare trebuie să îndepărteze zgârieturile fine și să pregătească suprafața pentru etapa finală de lustruire. Setările de proces recomandate pentru șase suporturi la diametrul de 38,1 mm [1,5 in] sunt mai mici de 351,5 g / mp. cm [5,0 PSI].

Variabilele suplimentare care trebuie luate în considerare sunt:volumul de lubrifiant, tipurile de lubrifianți, dimensiunea abrazivă, tipul abraziv (diamant sau oxid) și timpul de proces.

5.4.3.5 Metoda B – Lustruirea finala

Ultima etapă de lustruire elimină zgârieturile de la lustruirea intermediară și pregătește suprafața pentru evaluare. Setarea recomandată a procedeului pentru aceleași suprafețe ca și cele din 5.4.3.4 este o cârpă de polizoare moale, medie, roată joasă (100 – 200) și presiune joasă 351,5 g / sq. cm [5,0 PSI].

Variabile suplimentare care trebuie luate în considerare sunt volumul de lubrifiant, tipul de suprafață de nap pentru o pânză polizată și duratele procesului. Tipul de abraziv utilizat trebuie să fie diamant.

AVERTISMENT: Dacă o cârpă de lustruire este foarte folosită în lustruirea finală, capacitatea inspectorilor de a vedea defectele poate fi împiedicată. Această etapă trebuie proiectată pentru perioade scurte de proces (30 de secunde sau mai puțin), cu un echilibru atent al lubrifiantului pentru a preveni rotunjirea cuprului.

5.4.3.6 Clătiți cu săpun și apă caldă sau IPA și uscați.

Atenție: Nu atingeți sau ștergeți suprafața cu nimic care ar putea cauza zgârieturi pe suprafața lustruită.

5.4.3.7 Examinați și replanificați, începând cu diamant de 6,0 μm [236 μ], dacă este necesar, până când:

1) Nu există zgârieturi mai mari decât cele induse de abrazivul de lustruire finală.

2) Proba nu este mai mare sau mai mică decât materialul de montare (rotunjirea suprafețelor metalice).

3) Nu există pete ale placării cu cupru în materialul de bază PTH sau de bază.

4) Planul de microsecționare se află la linia centrală a orificiului așa cum este definită de specificația de guvernare. Dacă adâncimea de măcinare este insuficientă, poate fi necesară o șlefuire și o repoziționare suplimentară.

5) Există o deteriorare indusă de fibre de sticlă a materialului de bază indusă de puțin, dacă este cazul.

5.5 Examinarea microsecțiunilor

5.5.1 Starea "As-lustruită" : Când se specifică, examinați microsecțiunea plăcilor imprimate multistrat în condiții "aspolizate" pentru a evalua atribute precum separarea stratului interior (care poate să apară ca linii întunecate sau linii parțiale întunecate). Aceste zone trebuie documentate înainte de microchip și verificate după gravarea metalografică. S-ar putea să nu existe o corelație unu-la-unu cu toate separările notate "aspolizate"față de cele observate după gravarea, atunci când sunt examinate la mărimile specificate. Se recomandă microetchizarea imediat după evaluarea "aspolised" pentru a evita oxidarea.

5.5.2 Conditie Microetched

Atenție: Gravarea poate împiedica în totalitate linia de demarcație dintre folia de cupru și cuprul galvanizat, împiedicând o inspecție precisă.

5.5.2.1 Pregătiți un volum mic de soluție de etanșare de cupru astfel încât:

a) (nu mai mult de 10 ml) conținând hidroxid de amoniu 50/50 v / v (nominal 28%, gradul nu este definit) și peroxidul de hidrogen stabilizat (nominal 3%;

definit). Aceasta este concentrația cea mai activă și va dura aproximativ o oră.

Notă: Soluția peroxidului de hidrogen este sensibilă la lumină și trebuie depozitată într-un recipient opac.

b) Adăugarea a 25 ml de apă (osmoză distilată sau inversă) va dilua soluția, rezultând timpi de gravare mai lungi, care pot fi de dorit în anumite situații. Această concentrație va trebui recondiționată cu fiecare lot.

5.5.2.2 Expuneți suprafața microsecției la soluția etans, folosind una din următoarele metode:

a) Umplere

1) Aplicați etansul la un tampon (control bazat pe rezultate: nu există zgârieturi neconforme cauzate de tampon).

2) Activați materialul de etanșare cu un solid de cupru. Utilizați un tampon de bumbac pentru a freca ușor o bucată de cupru și a reveni tamponul la soluție.

3) Împingeți ușor suprafața microsecției.

4) Clătiți cu un robinet de rulare sau apă deionizată (calitatea nu este definită).

5) Clătiți în solvent adecvat.

6) Ștergeți cu o cârpă uscată sau uscată (control bazat pe rezultate: nu există zgârieturi neconforme cauzate de cârpă, fără ulei sau resturi de la sursa de gaz).

b) Scăderea

1) Activați etanșantul cu un solid de cupru (utilizând metoda corespunzătoare).

2) Împingeți suprafața microsecției în etans.

3) asigurați un mijloc de reîmprospătare a etanșantului la suprafața în care are loc reacția (în mod nominal 3 până la 5 secunde, controlul bazat pe rezultate: structura granulelor și placarea interfețele sunt ușor expuse).

4) Clătiți cu robinet de rulare sau apă deionizată (calitatea nu este definită).

5) Clătiți în solvent adecvat.

6) Ștergeți cu o cârpă uscată sau uscată (control bazat pe rezultate: nu există zgârieturi neconforme cauzate de cârpă, fără ulei sau resturi de la sursa de gaz).

5.6 Evaluare

5.6.1 Consultați specificația de performanță a plăcii imprimate corespunzătoare cerințelor de mărire și evaluare a microsecției completate.

6 Observații

6.1 Reîncadrarea: Suprapunerea epruvetei pe ASTM E 3 cu un strat de cupru sau o altă placare cu o duritate similară specimenului, înainte de încapsulare, asigură o retenție mai bună a marginilor, oferind astfel o măsurare mai precisă a grosimii finisajului finisajului. Placarea poate fi efectuată electrolitic sau cu soluții electrostatice. Curățați temeinic suprafața specimenului înainte de placare pentru a asigura o bună aderență a plăcii. Sunt recomandate tratamente mai ușoare de curățare care implică detergenți, solvenți, soluții alcaline ușoare sau soluții acide. Cuprul și nichelul sunt utilizate predominant în laboratoarele metalografice. Se recomandă ca grosimea plăcii să fie de cel puțin 5 μm [0,0002 in]. Acest proces este opțional și nu este destinat evaluării standard.

6.2 Evaluarea separării plăcilor: Pentru o evaluare mai precisă a eventualelor separări interne de placare (de ex interconectarea stratului și prin intermediul unei separări a terenului), se recomandă următoarea procedură pentru a îndepărta linia de delimitare etans și pentru a returna un eșantion micro-gravat într-o condiție aspră:

1) Cu roata într-o poziție staționară, regrați ușor și manual specimenul folosind cantități abundente de apă și mediu abraziv. Șase-opt lovituri duble ar trebui să fie suficiente. Această acțiune va elimina orice frotiu de metal de cupru care s-ar fi putut produce peste separarea placării în timpul polishului rotativ.

2) Se clăteste și se usucă specimenul, apoi se reexaminează pentru a se determina dacă există o separare internă de placare.

6.3 Considerații privind polizarea

• Utilizarea țesăturilor spumate poate avea ca rezultat o reținere slabă a muchiei (rotunjire) și o ușurare între constituenți, deoarece exacerbează diferitele rate de îndepărtare a materialului (de exemplu, aliajul de staniu-plumb și mediile de încapsulare mai moi sunt îndepărtate cu o rată mai mare decât cea a cuprului sau fibrele de sticlă din materialul de bază); cu cât este mai mare puiul, cu atât mai mult efectul. Utilizatorul trebuie să minimizeze timpul de lustruit și să utilizeze un lubrifiant amplu și o presiune ușoară în timpul lustruirii finale. Atunci când utilizați compuși diamantat pe țesături moi țesute, lustruirea finală poate să dureze câteva minute.

• Vitezele reduse ale roților de 100 până la 150 rpm sunt utilizate, în general, în timpul lustruirii finale, datorită intensificării tracțiunii pe microsecție.

• De obicei s-au utilizat cu succes 6,0 μm [236 μin] urmat de diamant 1,0 μm [39,4 μ] și o silice coloidală 0,04 μm [1,57 μ]] sau alumină 0,05 μm [1,97 μ]. Cu toate acestea, s-au folosit de asemenea și alte variații, cum ar fi 6,0 μm [236 μin], 3,0 μm [118 μin] și 0,25 μm [9,84 μ] diamant. Unii au folosit chiar alumină de 1,0 μm și 0,3 μm [39,4 μin și 11,8 μ] aluminiu pe pânză nețesută, urmată de o alumină de 0,05 μm [1,97 μ] de aluminiu pe o cârpă moale, cu umiditate medie.

6.4. Microsecțiunea orizontală

Un standard de performanță poate necesita, pentru inspecții arbitrale (cum ar fi frotiu, spargere, separări de interconexiuni etc.), o grindă orizontală (perpendiculară pe planul vertical original) pe o microsecție verticală. Această metodă are o rată scăzută de succes atunci când separarea afectează mai puțin de 50% din grosimea stratului interior (după cum se observă pe microsecția verticală).

6.5 Etanse

Există și alte soluții de etanșare care au fost utilizate sau care pot fi dezvoltate pentru gravarea cuprului. Trebuie să se acorde atenție selecției și utilizării acestora din cauza caracterului sensibil al caracteristicilor electrolitice, electroalimentare și folie, precum și posibilele efecte galvanice în prezența plumbului de staniu. Atunci când studiați aliajele de lipit cu plumb, este uneori util să folosiți etchanti special concepuți pentru a dezvălui microstructurile acestor aliaje.

5.2 Metoda de testare Dye and Pry

1. Domeniul de aplicare

Această metodă de testare detaliază procedeul de colorare și de curățare utilizând analiza penetrantului colorant al componentelor tehnologiei de montare pe suprafață (SMT) pentru a confirma parametrii procesului de asamblare și calitatea / integritatea articulațiilor de lipit.

2. Documente aplicabile

IPC-7093 Implementarea procesului de proiectare și asamblare pentru componente SMT de terminare inferioară

IPC-7095 Implementarea procesului de proiectare și asamblare pentru rețelele cu bile (BGA)

3. Examinați specimenele

Specimenul este o piesă SMT lipită pe o placă tipărită. De obicei, această metodă este utilizată pe BGA pentru a evalua calitatea / integritatea articulațiilor de lipit; cu toate acestea, acesta poate fi utilizat și pe alte componente SMT, cum ar fi componente de terminare inferioară (BTC) și conectori.

4. Aparatură sau Material

4.1 Colorant recomandat: Red Steel Dykem® sau echivalent

Coloranții pe bază de ulei nu sunt recomandați pentru această procedură.

4.2 Pompa și camera de vid (de obicei o pompă mecanică și un borcan de clopot)

Recomanda camera de vacuum epoxidică metalurgică cu manometru

4.3 Microscop stereo cu cameră digitală

4.4 Cuptor de copt capabil de 100 ° C

4.5 Unelte de tăiere pentru a tăia componentele dorite de la placa imprimată fără a exercita o stresare excesivă asupra îmbinărilor de lipit.

4.6 JB Weld sau un adeziv structural echivalent suficient de puternic pentru a lega piulita la suprafața pachetului de bucăți și pentru a rezista forței de tragere

4.7 Instrumentul pentru a separa componenta de placa

4.8 Aer comprimat sau conservat

4.9 Solvent adecvat (sau solvent convenit între laborator și client) pentru îndepărtarea reziduurilor de flux rămase pe placa imprimată

4.10 Echipamente de laborator general / asortate (de exemplu clește, pahar de sticlă, pahar de plastic tăiat, pâlnie etc.)

4.11 Echipamente de siguranță recomandate (de exemplu, hota, mănuși, protecție pentru ochi, etc.)

4.12 Piulite potrivite dimensiunii piesei

4.13 Hârtie nisipoasă (320 grit)

4.14 Cupa ZAHN # 1, Seria Signature 90 (pentru a verifica vâscozitatea colorantului)

4.15 Cronometru

5. Procedura

5.1 Identificați componentele care trebuie colorate și evaluate (consultați planul de testare).

5.2 Efectuați o examinare vizuală inițială a părții SMT selectate.

5.2.1 Examenul vizual inițial este utilizat pentru a detecta semne de deteriorare / stres mecanic. Dacă există flux, examinați fluxul rupt / rupt sau rupt în jurul îmbinărilor de lipit SMT (vezi Figura 1 și Figura 2).

5.2.2 Dacă piesa SMT necesită utilizarea lipiciului de margine și adezivul este vizibil, examinați și documentați criteriile pe cerințele clientului (de exemplu, vezi secțiunea 6, figura 21) pentru a determina dacă această metodă de testare este aplicabilă.

5.3 Dacă piesa are un radiator, un distribuitor de căldură metalic sau orice alt ansamblu care este atașat, procedați după cum urmează pentru a evita apariția unor solicitări mecanice în îmbinarea de lipit.

5.3.1 Dacă există motive de îngrijorare cu privire la metoda adecvată de îndepărtare a radiatorului, se recomandă ca acesta să fie lăsat în loc după etapa de uscare a colorantului (5.11).

5.3.2 Dacă pe BGA există un dispozitiv de împrăștiere a căldurii pe metal, acesta trebuie lăsat în loc până după etapa de uscare a vopselei (5.11).

5.4 Separați suprafața dorită a componentei care lasă în jur aproximativ 19 mm până la 38 mm [0,75 in 1,5 in] de bord. Dacă placa este suficient de mică pentru a se potrivi dispozitivului de tragere, lăsați placa intactă.

5.4.1 Pentru a realiza acest pas este recomandat un ferăstrău cu secțiune diamantată. Se pot utiliza alte echipamente de secționare (de exemplu, ferăstrău cu diamant, unealtă de frezat, jet de apă etc.) atâta timp cât nu induce stresul pe zona de eșantionare.

5.5 În această etapă este necesară o examinare vizuală detaliată sub stereomicroscop. Dacă este necesar, curățați partea secționată numai cu apă și aer comprimat. Este important să nu folosiți solvent pentru această etapă.

5.5.1 O examinare vizuală aprofundată poate detecta semne de deteriorare mecanică / stres, care sunt indicate de fluxul fracturat / rupt în jurul îmbinării de lipit SMT (vezi Figura 1 și Figura 2).

5.5.2 Dacă partea SMT folosește un adeziv de margine care nu a fost ușor vizibil înainte, examinați-l acum. Documentați acoperirea adezivă pe IPC-7095 sau așa cum a fost stabilită între laborator și client. Figura 21 afișează de asemenea câteva linii directoare pentru lipici.

5.5.3 Documentați rezultatele în note de laborator și în fotografii.

5.6 Curățați orice reziduu de flux din jurul îmbinărilor de lipit SMT utilizând un dispozitiv de îndepărtare a fluxului adecvat.

Notă: Alcoolul izopropilic nu este acceptabil din cauza incapacității sale de a dizolva fluxul.

5.6.1 Partea secțiunii / suprafața plăcii trebuie scufundată în dispozitivul de îndepărtare a fluxului de lichid timp de cel puțin o oră.

5.6.1.1 Aproximativ de două până la trei ori în timpul procesului de înmuiere, se răsucește ușor paharul care conține partea secționată timp de cel puțin 20 de secunde. Aceasta va ajuta fluxul de solvent în îndepărtarea reziduului inelului de flux.

5.6.1.2. Examinați eșantionul sub microscop pentru a determina dacă este necesar un timp suplimentar pentru îndepărtarea inelului de flux.

5.6.2 Pentru probele prelucrate, este necesar un timp suplimentar pentru îndepărtarea fluxului de lichid.

5.6.3 După folosirea dispozitivului de îndepărtare a fluxului de lichid, utilizați un dispozitiv de îndepărtare a fluxului de pulverizare pentru a spăla complet toate cele patru laturi ale componentei.

5.6.3.1 Îndepărtarea tuturor resturilor de flux și a altor particule / uleiuri permite vopselei să pătrundă în fracturi.

5.6.3.2 Înlăturarea completă a fluxului din jurul îmbinării de lipit va împiedica pătrunderea vopselei și va da indicații false despre o îmbinare bună de lipire.

5.7 Utilizați aer comprimat de joasă presiune pentru a evacua solventul în exces de flux.

5.7.1 Dacă se dorește, efectuați o clătire finală cu alcool izopropilic sau acetonă în acest moment.

5.8 Se varsă vopseaua într-o tavă mică până când proba secționată este complet imersată în vopsea.

5.8.1 Dacă vopseaua este reutilizată, asigurați-vă că are vâscozitate suficientă. Vâscozitatea este esențială pentru capacitatea vopselei de a pătrunde în fisuri în părțile vopsite. Procedura de la punctele 5.8.1.1 până la 5.8.1.5 poate fi utilizată pentru a verifica vâscozitatea.

5.8.1.1 Goliți sticla de vopsea utilizată într-un recipient care va permite o cupă Zhan să fie complet scufundată.

NOTĂ: Verificați dacă cupa Zhan este curată înainte de testare. În mod specific, orificiul trebuie să fie citiri curate sau vâscozitate

poate fi inexactă.

5.8.1.2 Cronometrul de la stația de colorare să fie eliminat.

5.8.1.3 Cu o mână, încetiniți ușor cupa Zhan complet în vopsea. Cu cealaltă parte,

porniți cronometrul deoarece cupa Zhan sparge suprafața colorantului și este trasă direct și în sus.

5.8.1.4 Aveți grijă să nu străpungeți vopseaua. Permiteți cronometrului să funcționeze în timp ce fluxul continuă să curgă din orificiul cupei.

5.8.1.5 Când fluxul se rupe, opriți ceasul. O citire acceptabilă a vascozității este cuprinsă între 24 și 27 secunde. Dacă citirea timpului de vâscozitate este în afara acestui interval, colorantul nu trebuie utilizat.

5.9 Așezați tava care conține proba secționată într-o cameră de vid.

5.9.1 Trageți un vid de 67,7 kPa [20 în Hg] timp de trei până la patru minute.

5.9.2 Aerisiți parțial și apoi reaplicați vidul în cameră pentru a ajuta la penetrarea colorantului.

5.9.3 Lăsați piesa scufundată în colorant timp de minimum 30 de minute cu un vid constant de 20 în Hg.

5.9.3.1 Nu depășiți niciodată 67,7 kPa [20 în Hg] de vid sau vopseaua va începe să fiarbă.

5.10 Evacuați încet camera de aspirație și scoateți mostra din tavă.

5.10.1 Se lasă excesul de colorant să se scurgă din probă.

5.10.2 Folosiți aer comprimat sau presurizat cu presiune joasă pentru a îndepărta ușor orice vopsea rămasă de sub până când nu mai există vopsea suplimentară.

5.10.3 Se usucă proba într-un cuptor, fără a depăși 100 ° C, timp de cel puțin trei ore. Dacă este posibil, lăsați piesa să se usuce peste noapte în condiții ambientale. Colorantul umed poate bloca în timpul separării componentelor, rezultând concluzii false.

5.11 Scoateți partea de secțiune din cuptor și lăsați-o să se răcească.

5.12 Efectuați operația de tragere pentru a îndepărta fizic / mecanic partea din tablă.

5.12.1 Abrazi suprafata pentru a permite lipirea adezivului structural.

Exemplu: O modalitate de a realiza acest lucru este să folosiți o bucată mică de șmirghel grosier pentru a sparge ușor suprafața superioară a piesei. Aceasta va îndepărta colorantul uscat și, de asemenea, va permite suprafeței superioare să se îmbine cu piulița de teșină ancorată.

5.12.2 Fixați piulița de tăiat la partea superioară a piesei folosind adeziv structural. Permiteți întărirea adezivului structural.

5.12.3 Utilizați un dispozitiv de tracțiune cu o forță de tracțiune uniformă pentru a separa piesa de placă.

5.13 Examinați placa și componenta imprimată pentru indicarea colorantului. Dacă este necesar, curățați ușor aerul cu aer conservat sau aerul comprimat uscat, filtrat și reglat la partea separată pentru a îndepărta resturile de pulverizare (fulgi de vopsea, mască de lipire etc.).

5.13.1 Orice interfață fragmentată care a fost prezentă va fi colorată cu vopsea. De obicei, ambele părți sunt colorate într-un model comun (oglindit).

5.14 Faceți fotografii ale regiunilor vopsite și compilați rezultatele așa cum sa convenit între laborator și client.

5.15 Raport de încercare Includeți în raportul de testare următoarele:

– Observații vizuale inițiale (vezi 5.2 și 5.5)

– Locul de separare a interfeței vopsite

– cantitatea / procentajul indicatorului de colorant (criteriile de acceptabilitate specificate între laborator și client)

Alte elemente care pot fi incluse în raportul de testare includ:

– Cartografierea tuturor locațiilor de separare

– Fragmentarea statistică a rezultatelor

6. Note / Figuri

Cifrele din această secțiune sunt incluse numai în scop informativ. Ele nu descriu o metodă corectă sau incorectă pentru efectuarea acestei metode de testare.

Figura : BGA cu flux pozitionat gresit Figura : BGA fără fluxul afectat

Figura : Domeniile de probă se taie de Figura : Zona de eșantion se taie din PCB

pe placa imprimata.