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Leiterplatte Blog - Alterung und Verschlechterung der Stärke der fr4 Leiterplatte Lötstelle

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Alterung und Verschlechterung der Stärke der fr4 Leiterplatte Lötstelle

2023-02-28
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Author:iPCB

1. Alterung der Lötstelle

Nach Abschluss des fr4-Leiterplattenschweißen ist die Kristallstruktur der Hauptlegierung der Lötstelle nicht stabil und nimmt mit der Zeit allmählich zu, um die innere Spannung zu verringern, die durch viele Grenzen verursacht wird (normalerweise sind die Grenzen die Konzentration von Verunreinigungen, hoher Energie und schlechter Stabilität). Selbst bei Raumtemperatur wurde die für gängige eutektische Legierungen erforderliche Rekristallisierungstemperatur überschritten. Mit zunehmender Korngröße und abnehmender Grenze nimmt die Verunreinigungskonzentration in der Grenze relativ zu. Sobald die Ermüdungslebensdauer der Lötstelle 25%, verbraucht ist, erscheint Microvoid in der Bordüre. Wenn die Ermüdungslebensdauer jedoch um 40%, verbraucht wird, verschlechtert sie sich weiter und produziert Mikroriss, was die Lötstelle noch schwächer macht.

fr4 PCB

2. CTE-Abweichung

Sobald die CTE-Mismatch-Differenz des gesamten Wärmeausdehnungskoeffizienten der drei Mitglieder (Stift, Lot, Pad-Oberfläche) groß ist, beschleunigt sich auch die Verschlechterung der Festigkeit der Lötstelle. Zum Beispiel ist der CTE der keramischen BGA selbst 2ppm/℃, aber der CTE der FR-4 Leiterplatte 14ppm/℃. Die Schweißfestigkeit zwischen den beiden ist nicht einfach, sehr gut zu sein. Was die lokale CTE-Mismatch betrifft, tritt sie häufig auf, wie 17 ppm/℃ für Kupfer, 18 ppm/℃ für Keramik und 20 ppm/℃ für Alloy42. Der Effekt der lokalen CTE-Mismatch ist jedoch etwas geringer als der der oben genannten allgemeinen Mismatch. Manchmal hat sogar der sehr homogene Sn63/Pb37 Zinn- und Bleireiche Bereiche in seinem Gewebe (es wird auch 6 ppm/℃ interne CTE-Mismatch zwischen ihnen geben).


3. Beispiel für den Ausfallmodus

1) Kaltschweißen

Bezieht sich auf die Lötpaste auf dem fr4 PCB Pad am Fuß der Kugel während des Reflows, die aufgrund unzureichender Hitze nicht vollständig mit der Kugel verschmolzen ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die kugelförmige Oberfläche ein grobes körniges Aussehen zeigen, und es tritt auch ein Halsen auf. Im Allgemeinen ist der innere Ball am Bauchboden anfälliger für kaltes Schweißen.


2) Das Lötpad selbst ist frei von Zinn

Es bezieht sich darauf, dass die Oberfläche des Kugelpads im BGA-Bereich der Leiterplatte durch Fremdstoffe kontaminiert ist, so dass die Lotpaste nicht mit dem Basispad reagieren kann. Wenn das Blech nicht gegessen werden kann, wird die Lotpaste geschmolzen und vom Kugelfuß absorbiert, was zu einem offenen Kreislauf führt. Dieses Phänomen kann aber auch durch das Biegen und Verformen der Trägerplatte verursacht werden. Wenn ENIG für PCB-Pad-Oberfläche verwendet wird, stellt die nickelbeladene Schicht auch die gleiche ungünstige Situation dar, sobald schwarze Pad-Krankheit auftritt.


3) Ball fallen lassen

Es bezieht sich darauf, dass das BGA-Element vorher nicht fest eingepflanzt war, während der nachgeschalteten Montage und Schweißen aufgewärmt wurde und durch äußere Kraft gezogen und von seinem Hals getrennt wurde, was durch thermische mechanische Beanspruchung verursacht wurde. Jedoch ist das Fußpad von fr4 PCB oft gut verschweißt und weniger fehlt.


4) Ein Tor verbieten

Der Kugelfuß wurde während des Ballplatzens auf der Trägerplatte nicht fest platziert oder wurde später von einer äußeren Kraft getroffen und verlor den Ball. Dieser Nachteil kann leicht im Röntgen- oder System- oder Schaltungstest (ICT) gefunden werden, aber wenn er nur für Wärme verwendet wird

Dissipation oder gemeinsame Erdung, es spielt keine Rolle die innere Kugel, es ist eine andere Angelegenheit.


5) Trägerplatte "verzerrt"

In der Tat wird in Zukunft bleifreie Schweißwärme stark zunehmen, nicht nur die große fr4-Leiterplatte wird verzogen, sondern auch die organische Trägerplatte selbst wird nicht in der Lage sein, der Verformung zu entkommen, und es wird auch den Bauchbodenballfuß zwingen, mit der Höhe zu schwanken. Obwohl die Platte der Trägerplatte Tg180 BT Harz ist, unterscheidet sie sich ganz von der CTE des Chips, der in der inneren Dichtung geladen wird; Wenn die bleifreie Hitze zu groß ist, beugt sich die Trägerplatte daher nach oben, wodurch die vier Ecken der Kugelfüße gedehnt oder aufgehängt werden. Selbst wenn die Schweißnaht fest verschweißt ist, wird die Schweißkontaktfläche kleiner und die Festigkeit wird aufgrund der Spannung und Dehnung unzureichend sein, was den Konstrukteur nicht wagen lässt, 1/0 des Kugelfußes an den vier Ecken zu platzieren. Diese Art von anormalem Phänomen tritt am wahrscheinlichsten in großen BGA auf.


6) Schäden durch äußere mechanische Kraft

Die Leiterplatte erleidet oft versehentliche Schäden während der Montage oder Prüfung, und wenn BGA groß wird, wird der Kugelfuß während seines Tests auch verletzt, was die Festigkeit der nachfolgenden Lötstellen beeinflusst. Selbst nach Abschluss der Montage von PCBA wird es immer noch versehentlich von externen Kräften beeinflusst, und manchmal wird sogar das Kupferpad auf der Oberfläche der Leiterplatte hochgezogen und weggeschwebt. Aus Sicherheitsgründen können wir den Bodenkleber oder den Eckkleber an den vier Ecken als Sicherheitsmittel verwenden oder sogar die Fläche des Eckpolsters vergrößern oder in ein ovales langes Pad verwandeln. Da der Designer jedoch nur fertige kommerzielle Software verwendet, ist diese Methode nicht einfach zu implementieren.


7) Unzureichende Schweißwärme

Wenn die von der Kugel im Bauchboden absorbierte Wärme unzureichend ist, kann die Kugel selbst nicht in Flüssigkeit schmelzen, so dass sie nicht mit der Lötpaste heilen kann, und ihre fr4-Leiterplattenform wird schwierig sein, den normalen Zustand der normalen Abflachung und Verkürzung anzuzeigen.