DFM: Postępowanie z BGA (Cz.II): wskazówki procesowe

Wytyczne dotyczące szablonów

Generalną zasada projektowania szablonów dla BGA jest to, iż stosunek apertury do powierzchni na płytce powinien wynosić 1:1. Dla BGA zaleca się szablon z okrągłymi lub kwadratowymi aperturami. Aby poprawić uwalnianie pasty, można zastosować dodatni kąt (ok. 5°) nachylenia ścianek, oczywiście z dolnym otworem większym niż górny. Aby uzyskać dobre właściwości druku BGA, należy zachować stosunek średnicy apertury do grubości szablonu co najmniej 3:1 (większe otwory zapewniają lepszą jakość druku). Konstrukcja szablonu powinna być zgodna z wytycznymi IPC dotyczącymi szablonów zawartymi w normie IPC7525B, jak pokazano w Tabeli 1.

Tabela 1: Wytyczne dotyczące projektowania szablonów dla BGA.

Żródło: BGA Manufacturer’s User Guide for Micron BGA Parts © Micron

Wskazówki dotyczące drukowania pasty lutowniczej

Do montażu powierzchniowego można użyć pasty wytworzonej na bazie wody lub pasty typu no-clean. Kluczowe parametry stosowanej pasty to skład stopu, temperatura topnienia stopu, typ/rozmiar proszku lutowniczego, rodzaj topnika, aktywność topnika, reologia i trwałość pasty.

Rodzaje past lutowniczych, ich typowy rozmiar proszku lutowniczego oraz ich klasyfikacje przedstawiono w Tabeli 2. Właściwy dobór pasty lutowniczej należy dokonać w zależności od zastosowania i podziałki BGA. Firma Micron,  uzyskała dobre wyniki montażu powierzchniowego przy użyciu pasty typu 3, pozostawiającej niewiele zanieczyszczeń na PCB lub pasty no-clean (tj. nie wymagającej czyszczenia), spełniającej zgodnie z J-STD-004 wymagania ROL 0.

Tabela 2: Rodzaje past lutowniczych w zalezności od rozmiarów kulek.

Żródło: BGA Manufacturer’s User Guide for Micron BGA Parts © Micron

Aby zapewnić dobry kontakt między kulką lutowniczą a padem PCB, na etapie drukowania wymagana jest optymalna objętość depozytu pasty lutowniczej. Niektóre z ważnych parametrów na etapach drukowania to prędkość rakli, siła docisku, szybkość oderwania itp. Micron zwraca uwagę, iż często do drukowania układów zawierających BGA stosuje się szablony stepowane.

Niektóre czynniki, które należy wziąć pod uwagę podczas drukowania pasty lutowniczej, to:

• Precyzyjne pod względem objętości wykonanie depozytu pasty lutowniczej

• Idealne wyrównanie i dokładność wykonania szablonu

• Właściwe czyszczenie szablonu, zapobiegające zatkaniu się apertur

Wskazówki dotyczące etapu P&P

Wraz ze zmniejszanie się rozstawu kulek na BGA, coraz ważniejsze staje się dokładne umieszczenie komponentu. Micron zaleca, aby minimum 80% średnicy kulki znajdowało się w świetle padu na PCB, co pomoże zmaksymalizować zjawisko samopozycjonowania się BGA podczas etapu lutowania rozpływowego.

Wytyczne dotyczące etapu lutowania rozpływowego

Profil temperaturowy lutowania rozpływowego jest jednym z najważniejszych czynników w montażu powierzchniowym i aby zdefiniować niezawodny proces tworzenia się połączenia lutowanego musi być idealnie dopracowany. Trzeba pamiętać, iż rzeczywista temperatura PCB i/lub komponentów będzie się różnić od nastaw pieca rozpływowego i zależy od kilku czynników, w tym rozmiaru płytki, masy cieplnej układu, gęstości rozmieszczenia komponentów, typu pieca czy typu lutu. Same parametry rozpływu, takie jak szybkość nagrzewania, czas przebywania i szybkość chłodzenia, należy dobierać w zależności od stosowanego topnika (jego aktywności, składu), jak również powinny uwzględniać zalecenia producenta pasty.

Aby zapewnić osiągnięcie pożądanej temperatury we wszystkich obszarach płytki, bezwzględnie zalecane jest prawidłowe zmierzenie temperatury na jej kluczowych obszarach i na komponentach. Typowe przykłady profilu lutowania rozpływowego pokazano na Rysunku 1, z temperaturami szczytowymi 260°C, 235°C i 220°C, w zależności od aplikacji i rodzaju użytej pasty lutowniczej (dodatkowe zalecenia dotyczące lutowania i montażu powierzchniowego znajdują się w nocie technicznej Micron TN-00-15).

Rysunek 1: Typowe przykłady profilu lutowania rozpływowego. Żródło: BGA Manufacturer’s User Guide for Micron BGA Parts © Micron

Rysunek 2: Kulki lutownicze przed i po etapie reflow. Żródło: BGA Manufacturer’s User Guide for Micron BGA Parts © Micron

Czyszczenie PCB

Po procesie montażu powierzchniowego na płytce drukowanej i wokół złącza lutowniczego można znaleźć resztki topnika, które mogą uszkodzić płytkę lub komponenty, jeśli nie zostaną usunięte. Jeśli do montażu SMT użyto pasty lutowniczej no-clean, pozostałości topnika nie muszą być czyszczone po procesie lutowania [o różnych poglądach na ten temat przeczytaj tutaj – przy.tłum,]. W przypadku pakietów BGA o mniejszym rastrze i niskim prześwicie, ze względu na trudności, jakie stworzyłoby dotarcie środka czyszczącego pod spód obudowy, generalnie zaleca się stosowanie pasty lutowniczej no-clean. Jeśli topnik używany podczas montażu powierzchniowego wymaga czyszczenia, wybór procesu czyszczenia i roztworu czyszczącego zależy od typu obudowy, topografii płytki drukowanej i topnika zastosowanego w paście lutowniczej (na bazie kalafonii lub wody).

Micron zaleca również całkowite wysuszenie PCB po procesie czyszczenia w celu usunięcia wszelkich pozostałości rozpuszczalników.

Jeśli pasty lutownicze typu no-clean są używane podczas przeróbek lub lutowania ręcznego, pozostały nieaktywowany topnik może spowodować korozję i taką płytkę drukowaną należy dokładnie sprawdzić.

Żródło: BGA Manufacturer’s User Guide for Micron BGA Parts © Micron



Opracowanie: Łukasz Jaeszke