Czy trzeba lutować wszystkie pady BGA?
Czy w procesie lutowania można pominąć te pady, które nie mają znaczenia funkcjonalnego? To raczej fatalny pomysł, bo mają one znaczenie w procesie odprowadzania ciepła i budują jednolitą siatkę naprężeń.
Na blogu Phil’a Zarrow oraz Jim’a Hall z ITM Consulting jeden z internautów zadał pytanie, dotyczące ewentualności umyślnego pominięcia niektórych padów BGA, celem uzyskania oszczędności zużycia pasty lutowniczej: ‘W wielu naszych produktach low-end (tj. o ograniczonych wymaganiach niezawodności), używamy typowych komponentów BGA. Czy moglibyśmy drukować pastę tylko na padach, które pełnią role funkcjonalne? Czy moglibyśmy nadrukować wszystkie pola na obwodzie 120-pinowego komponentu BGA, ale pominąć drukowanie na ponad 50 polach wewnętrznych, które nie mają właściwości funkcjonalnych? Nasze pytanie wynika z wysokich kosztów pasty lutowniczej - chcemy oszczędzać, gdzie tylko się da’.
Jim Hall tak odpowiada na to pytanie: ‘Rozważając ilość pasty lutowniczej, zużywanej do drukowania i czyszczenia szablonu, trudno sobie wyobrazić, że jest to znaczący koszt. Chociaż, jeśli nadrukowujesz produkty konsumenckie w dużych nakładach, być może tak jest. Rozważmy podany w pytaniu przykład 120-pinowego BGA i pominięcia 50 padów wewnętrznych. Czy można być pewnym, że nie mają one żadnych funkcji? Mogą nie posiadać funkcji elektrycznych, jednak mogą pełnić bardzo istotne funkcje termiczne. Bardzo często pady i kulki, znajdujące się bezpośrednio pod środkiem komponentu BGA, podczas jego pracy odprowadzają ciepło w dół, do płytki, aby układ scalony pozostał chłodny, sprawny i działał bez wad, przy odpowiedniej temperaturze i prędkości. Zanim ktokolwiek zdecyduje się pominąć środkowe kulki, bezwzględnie należy upewnić się, że nie są one potrzebne do chłodzenia pakietu. Jeśli tak, zdecydowanie należy przylutować je do padów na PCB. Co więcej, często stosuje się pod nimi otwory przelotowe, aby lepiej rozproszyć ciepło na PCB - to już jednak kwestia, którą rozstrzygnąć powinien producent komponentu’.
Jest jeszcze jedna kwestia, którą należy rozważyć w perspektywie długoterminowej. Pominięcie części kulek może wpłynąć na długoterminową niezawodność komponentu, na co będą miały wpływ liczne cykle termiczne, wibracje itp. Argument ten może jednak nie mieć znaczenia w przypadku produktów low-end, od których nie wymaga się wieloletniej niezawodności.
Sceptyczną postawę prowadzących blog podziela również jeden z jego uczestników, Odin Stadheim z Analog Technologies: ‘Oprócz powodów, dla których oszczędności pasty mogą okazać się nie warte zachodu, należy wziąć pod uwagę jeszcze jeden czynnik: wszystkie połączenia lutownicze w układzie BGA (lub każdym innym komponencie na bazie macierzy wyprowadzeń) działają razem, tworząc sieć rozkładu naprężeń. Pomijanie pasty na jakichkolwiek kulkach, zarówno w środku, jak i w zewnętrznych rzędach, zwiększy naprężenia na pozostałych kulkach lutowniczych podczas ich pracy, skracając w ten sposób liczbę cykli temperaturowych i powodując awarię. Trzeba wziąć też pod uwagę kolejny aspekt: sprzedawca komponentów nie udzieli gwarancji na komponenty, jeśli podczas procesu lutowania samodzielnie wybierze się pady, które nie będą lutowane. I jeśli po 6 miesiącach wszystkie spadną z płyty, producent BGA nie ponosi za to odpowiedzialności - to będzie Twoja wina! Nadal chcesz zaoszczędzić kilka groszy na lutowaniu BGA?’
Ostatnią kwestią, na którą zwrócono uwagę w dyskusji, jest zagrożenie, iż przy pominięciu części padów może okazać się, że po procesie lutowania rozpływowego BGA nie jest ustawiona idealnie prostopadle w stosunki do PCB, co z kolej może byc bezpośrednim powodem otwartych połączeń lutowniczych na niektórych padach.
Zapraszamy na TEK.day Gdańsk, 26 września 2024. Zapisz się już dziś!
