Kompatybilność konstrukcji zespotu na płytce drukowanej z lutowaniem

W procesie lutowania rozpływowego należy brać pod uwagę czynniki związane z projektem płytki, które mogą narzucać modyfikację standardowych warunków lutowania bezołowiowego. Czynniki związane z projektem płytki obejmują:

a) grubość płytki/liczbę warstw;

b) wymiary płytki w osiach X, Y i ogólną wielkość zabudowanej płytki;

c) liczbę, rodzaj, różnorodność i złożoność konstrukcji podzespołów;

d) granice wytrzymałości cieplnej podzespołów i płytek;

e) dopuszczalną różnicę temperatur na podzespołach i płytce drukowanej.

Na ogół panuje fałszywe przekonanie, że temperatura zmierzona podczas lutowania w jednym punkcie odpowiada temperaturze panującej na powierzchni całej płytki. W rzeczywistości temperatura w każdym punkcie zabudowanej płytki jest funkcją masy cieplnej płytki i podzespołów. Temperatury mierzone pod dużymi podzespołami typu ceramicznych obudów BGA będą najniższe, podczas gdy obszary z małymi podzespołami, zwłaszcza usytuowane w pobliżu krawędzi płytki, będą wykazywały temperatury najwyższe. W ramach prac Lead-Free Assembly and Rework Project NEMi [31] stwierdzono, że na zabudowanych płytkach testowych o wymiarach 190 x 483 mm i grubościach 2,3 mm oraz 3,4 mm otrzymuje się na korpusach podzespołów maksymalne temperatury około 245-250°C. Najbardziej nagrzewały się małe podzespoły bierne, podczas gdy miejsca o najniższej temperaturze występowały w połączeniach lutowanych umieszczonych pod obudową BGA, w środkowej części mozaiki pól.

W procesie lutowania rozpływowego należy zwrócić uwagę zwłaszcza na grubość płytki. Grubsze płytki wymagają dostarczenia większej ilości ciepła, wykazują większe AT w poprzek i wzdłuż płytki oraz mogą wymagać zmniejszenia prędkości przechodzenia przez piec do lutowania. W miarę jak całkowita wielkość płytki zwiększa się, okno procesowe staje się coraz mniejsze.

Zgodnie z badaniami NEM1 omówionymi wyżej zespoły zawierające podzespoły PBGA z kontaktami sferycznymi w postaci kulek lutu, ukrytymi pod obudową, wymagają szczególnej uwagi. Zbyt mała ilość ciepła pod obudową podzespołu PBGA może spowodować tylko częściowy rozpływ pasty, co prowadzi wielokrotnie do powstawania zimnych połączeń lutowanych tych podzespołów. Na poniższych zdjęciach przedstawiono przebieg procesu lutowania kontaktów sferycznych w postaci kulek lutu ze stopu SAC o temperaturze topnienia 217°C. W temperaturze pokojowej kontakt sferyczny styka się z pastą lutowniczą naniesioną na pole lutownicze ( zdjęcie A ) W temperaturze ok. 2I7°C połączenie stopionej pasty i stopionych kulek podzespołu BGA ma charakter tylko powierzchniowy ( zdjęcie B ) i tak będzie prawdopodobnie dla części połączeń, aż do osiągnięcia temperatury ok. 230-235°C. W tym obszarze temperatur powstaje warstwa międzymetaliczna Cu₃Sn/Cu₆Sn₅ i występuje prawidłowe zwilżenie ( zdjęcie C ), któremu towarzyszy charakterystyczne osiadanie podzespołu na płytce. Osiadanie w przypadku stopów bezołowiowych będzie mniejsze ze względu na wyższe napięcie powierzchniowe tych stopów. Ponieważ stop SAC zwilża powierzchnię wolniej, to niezbędna jest optymalizacja czasu przebywania lutowanego zespołu w tej temperaturze. Należy zwrócić uwagę na fakt, że jeżeli proces lutowania zakończy się na etapie przedstawionym na rysunku 10.15b, to połączenie lutowane wykaże ciągłość prądową w badaniu funkcjonalnym oraz przejdzie pozytywnie kontrolę rentgenowską, ale jakość tego połączenia będzie zła. Jedynie endoskopowa inspekcja komponentów BGA jaką przeprowadza A&D Serwis po każdym procesie lutowania daje możliwość wykrycia opisanej wady. Aby unikać oraz ograniczyć do minimum powstawanie wad w procesie lutowania komponentów BGA niezbędne jest prawidłowe kontrolowanie temperatury pod powierzchnią obudowy podzespołów PBGA. Lutowanie bezołowiowe zespołów zawierających podzespoły PBGA jest przykładem procesu, w którym temperatura lutowania musi być jak najniższa i jednocześnie AT musi być jak najmniejsze.

Kompatybilność konstrukcji zespotu na płytce drukowanej z lutowaniem

Powiązane wpisy

Jak wymienić kartę graficzną w laptopie.

Główne przyczyny uszkodzenia laptopów

Uszkodzenia spowodowane pęknięciami pod komponentami BGA

Zaraza Cynowa