Кратерирование на площадке

Образование кратеров на контактной площадке — это механически вызванный разрыв смолы между медной фольгой и внешним слоем стекловолокна печатной платы (PCB). Он может находиться внутри смолы или на границе раздела смолы и стекловолокна.

Контактная площадка остается подключенной к компоненту (обычно это шариковая решетка , BGA) и оставляет «кратер» на поверхности печатной платы.

Обзор

Образование кратеров на контактных площадках чаще всего происходит во время динамических механических воздействий, таких как механический удар или изгиб платы из-за внутрисхемного испытания (ICT), отделения панели от платы или вставки разъема. ^[1] Однако известно также, что образование кратеров на подушках происходит во время термического удара или даже термоциклирования . На склонность к образованию кратеров на контактных площадках могут влиять несколько факторов, таких как: толщина печатной платы, свойства материала ламината печатной платы, размер и жесткость компонента, расположение компонента и выбор припоя , а также другие факторы. ^[2]^[3]^[4]

Тестирование

IPC-9708 предоставляет три метода испытаний для определения кратеров на контактных площадках компонента и печатной платы: испытание на выдергивание штифта, вытягивание шарика и испытание на сдвиг шарика. ^[5] При испытании на выдергивание штифта штифт припаивается к контактным площадкам и тянется до перелома. Это полезный тест для любой геометрии колодок, он чувствителен к конструкции и материалам платы. Тест на выдергивание шарика специально разработан для компонентов BGA и очень чувствителен к припою и формированию соединений. Испытание на сдвиг шарика также предусмотрено для компонентов BGA и включает в себя срезание шариков припоя BGA. Этот тест, как правило, наиболее удобен, но он менее чувствителен к конструкции и материалу по сравнению с тестом на выдергивание шарика. ^[6] Хотя IPC-9708 определяет процедуры для каждого типа испытаний, проблема заключается в том, что не определены стандартные критерии прохождения/непрохождения. Это рассматривается как специфичное для приложения и должно определяться пользователем на основе его требований к конструкции, среде и надежности.

Другим применимым методом испытаний является IPC/JEDEC-9702, который представляет собой метод испытания на монотонный изгиб, используемый для характеристики межсоединений на уровне платы. ^[7] Это может иметь значение для образования кратеров на контактных площадках в результате изгиба платы, однако этот метод испытаний является более широким и не фокусируется конкретно на режимах отказа, связанных с образованием кратеров на контактных площадках.

Тестирование надежности на уровне платы — распространенный подход к оценке надежности продукта. Выполнение температурных циклических испытаний, испытаний на механическое падение/удар и вибрацию — хороший способ оценить образование кратеров на колодках. Однако, как и в случае с IPC/JEDEC-9702, это может потребовать больших затрат и времени и не уделяет особого внимания режимам отказов, связанных с образованием кратеров на контактных площадках. ^[8]

Обнаружение и анализ отказов

Кратеры на подушках может быть трудно обнаружить во время функционального тестирования. Особенно это касается небольших или частичных трещин, которые могут не пройти испытания и вызвать скрытые отказы в эксплуатации. ^[9] Даже если неисправность компонента обнаружена, диагностировать причину неисправности, например образование кратеров на контактной площадке, может быть сложно. Обычные методы неразрушающего контроля и анализа неисправностей, такие как визуальный осмотр и рентгеновская микроскопия, могут не обнаружить проблему. Электрическая характеристика является примером неразрушающего метода, который может быть полезен, однако он может не обнаружить аномалию, если имеется только частичное растрескивание.

Обычно образование кратеров на колодках обнаруживается или подтверждается посредством разрушающих испытаний и анализа неисправностей, таких как окрашивание и поддевание, акустическая эмиссия, ^[10] поперечное сечение и сканирующая электронная микроскопия .

смягчение последствий

Существует несколько методов смягчения последствий, которые можно использовать для снижения риска образования кратеров на площадках. Выбор подходящего метода(ов) часто обусловлен ограничениями конструкции и ресурсов.

Ограничение прогиба доски. Если образование кратеров вызвано механическим перенапряжением, то ограничение прогиба доски, как правило, является лучшим методом смягчения последствий. ^[1]^[9]^[4]

Моделирование. Моделирование и симуляция могут помочь заранее избежать кратерообразования на площадках. ^[1]^[6] Соответствующие примеры включают сбои в сфере ИКТ или продукты, которые могут стать причиной крупных шоковых событий (например, портативная электроника). Анализ методом конечных элементов может быть выполнен с использованием подхода физики отказов для определения риска перенапряжения и образования кратеров на колодках. Такой упреждающий подход позволяет быстро оценить несколько проектов на ранних этапах, потенциально избегая дорогостоящих изменений конструкции или гарантийных расходов в дальнейшем.

Заливка, склеивание кромок и крепление углов: можно добавлять эпоксидные смолы и материалы для заливки, чтобы обеспечить механическую поддержку и уменьшить нагрузку на плату и припой во время изгиба. Это чаще встречается в тех случаях, когда выбор компонентов и конструкция печатной платы фиксированы. Между каждым методом существуют различия, поэтому важно правильное понимание окружающей среды и применения. ^[4]

Сплав припоя. Выбор сплава припоя может повлиять на склонность к образованию кратеров на контактных площадках. Обычно образование кратеров на контактных площадках считается событием, вызывающим высокую скорость деформации и минимальную ползучесть все еще имеет потенциал пластичности , однако припой . Более подходящие припои или припои с более низким пределом текучести уменьшат вероятность образования кратеров на контактных площадках за счет дополнительного распределения нагрузки.

Толщина плиты и материал ламината. Толщина плиты и свойства материала ламината, такие как модуль Юнга и коэффициент теплового расширения (КТР), будут влиять на склонность к образованию кратеров на площадке.

Изменение конструкции платы: если образование кратеров на контактных площадках сохраняется, может потребоваться изменение конструкции. Это может включать в себя изменение расположения компонентов или настройку между контактными площадками с определенной паяльной маской (SMD) и площадками без паяльной маски (NSMD).

Изображения кратеров на площадке

Контактная площадка BGA и шарик припоя с кратерами на контактной площадке.
Увеличенный вид поперечного сечения площадки BGA и шарика припоя. Диэлектрик треснул, и площадка начала подниматься, что в конечном итоге привело к образованию кратеров на площадке.
Кратер на контактной площадке, оставшийся на печатной плате после отсоединения медной площадки от соединения BGA.

Внешние ссылки

Дополнительную информацию о кратерировании контактных площадок на печатных платах можно найти по следующим ссылкам:

http://www.smtnet.com/Forums/index.cfm?fuseaction=view_thread&Thread_ID=13953
[1]
http://www.ipc.org/de/ContentPage.aspx?pageid=IPC-ehrt-Best-Papers-an-der-IPC-APEX-EXPO
http://integral-hdi.com Интегральная технология
http://integral-hdi.com/news/2010/11/next-generation-electronic-materials- Блог Integral Technology о кратере на площадках.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Preventing-Pad-Cratering-During-ICT-Using-Sherlock.pdf?hsCtaTracking=95bec082-e4c1-40d3-a379-dfe6d7a5727a%7Ce96e5f51-abc5-4c7a-9a2e-28a78cb24e8e ^{[ только URL-адрес PDF ]}
^ https://www.smtnet.com/library/files/upload/pad-cratering.pdf , КРАТЕРИРОВАНИЕ PAD: НЕВИДИМАЯ УГРОЗА ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, Представлено Джимом Гриффином, менеджером по продажам и маркетингу OEM, Integral Technology
^ http://www.circuitinsight.com/pdf/test_method_pad_cratering_ipc.pdf , М. Ахмад, Дж. Берлингейм и К. Гиргис, Утвержденный метод испытаний для определения характеристик и количественной оценки образования кратеров на контактных площадках под контактными площадками BGA на печатных платах, Apex 2008.
^ Jump up to: ^а ^б ^с https://www.smta.org/chapters/files/uppermidwest_padcratering.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}
^ IPC IPC-9708, Методы испытаний для определения характеристик кратеров на площадках печатных плат.
^ Jump up to: ^а ^б Д. Се, Д. Шангуань и Х. Кронер, «Оценка образования кратеров на печатных платах», APEX 2010, Лас-Вегас, Северная Каролина.
^ IPC/JEDEC-9702: Характеристика монотонного изгиба межсоединений на уровне платы
^ Кратерирование площадки: оценка долгосрочных рисков надежности, Денис Барбини, доктор философии, Консорциум AREA, http://www.meptec.org/Resources/23%20-%20Universal%20Instruments.pdf
^ Jump up to: ^а ^б http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Webinar%20Slides%20for%20YouTube/Avoiding-Pad-Cratering-and-Cracked-Capacitor-Webinar.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}
^ Бансал, А.; Рамакришна, Г.; Лю, К. (2011). «Новый подход к раннему обнаружению кратеров на площадках печатных плат» (PDF) . Понимание контуров . S2CID 18338793 .

[PPC-1] Jump up to: ^а ^б ^с http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Preventing-Pad-Cratering-During-ICT-Using-Sherlock.pdf?hsCtaTracking=95bec082-e4c1-40d3-a379-dfe6d7a5727a%7Ce96e5f51-abc5-4c7a-9a2e-28a78cb24e8e ^{[ только URL-адрес PDF ]}

[2] ttps://www.smtnet.com/library/files/upload/pad-cratering.pdf , КРАТЕРИРОВАНИЕ PAD: НЕВИДИМАЯ УГРОЗА ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, Представлено Джимом Гриффином, менеджером по продажам и маркетингу OEM, Integral Technology

[3] ttp://www.circuitinsight.com/pdf/test_method_pad_cratering_ipc.pdf , М. Ахмад, Дж. Берлингейм и К. Гиргис, Утвержденный метод испытаний для определения характеристик и количественной оценки образования кратеров на контактных площадках под контактными площадками BGA на печатных платах, Apex 2008.

[smta-4] Jump up to: ^а ^б ^с https://www.smta.org/chapters/files/uppermidwest_padcratering.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}

[5] IPC IPC-9708, Методы испытаний для определения характеристик кратеров на площадках печатных плат.

[Xie-6] Jump up to: ^а ^б Д. Се, Д. Шангуань и Х. Кронер, «Оценка образования кратеров на печатных платах», APEX 2010, Лас-Вегас, Северная Каролина.

[7] IPC/JEDEC-9702: Характеристика монотонного изгиба межсоединений на уровне платы

[8] Кратерирование площадки: оценка долгосрочных рисков надежности, Денис Барбини, доктор философии, Консорциум AREA, http://www.meptec.org/Resources/23%20-%20Universal%20Instruments.pdf

[APC-9] Jump up to: ^а ^б http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Webinar%20Slides%20for%20YouTube/Avoiding-Pad-Cratering-and-Cracked-Capacitor-Webinar.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}

[10] Бансал, А.; Рамакришна, Г.; Лю, К. (2011). «Новый подход к раннему обнаружению кратеров на площадках печатных плат» (PDF) . Понимание контуров . S2CID 18338793 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]