1. ábra. BTC alkatrész különféle neveiA voidok mind a tervezőknek, mind a gyártóknak fejfájást okoztak az elmúlt két évtizedben. Az okok nagyon különbözőek, sok tényező befolyásolja formációjukat. Miközben még mindig nincs teljes egyetértés, mennyi void elfogadható, egy tendencia egyértelmű: minél kisebb és kevesebb, annál jobb. Ezeket nem lehet teljesen kiküszöbölni, de számos módon lehet minimalizálni kialakulásukat, kezdve a PCB-tervezésnél és pasztaválasztásnál a stenciltervezésen át a reflow-profilig.
Paneldizájn
A nagy „lake" voidokat el lehet kerülni, ha megosztjuk a nagy padeket solder maskkal, amint a 2. ábrán is látható. Ez a 'window panes' maszk utat enged a kitörő gázoknak, valamint segít abban, hogy a kisméretű voidok ne záródjanak össze egy nagy üreggé. Ha az érintkező felület az alkatrész funkciója szempontjából kritikus, a tervezésnél figyelembe kell venni, hogy a maszk mérete, területe teljesítse a hő- és elektromos vezetési kritériumokat.
2. ábra. Megosztott solder mask nagy pades BTC-hezTovábbá, ha a padek tartalmaznak viákat, a voidokat lehet mérsékelni, ha nem alkalmazunk maszkot vagy pasztát a viák felett. Hagyjuk meg ezeket nyitva a gázok akadálymentes távozására a panelen át (3. ábra)!
3. ábra. Window panes maszkForraszpaszta-választás
A forraszpaszta összetevőinek egyensúlyt kell biztosítaniuk a megbízhatóság, nedvesítés, pin-kitöltés, nyomtathatóság, élettartam, tisztíthatóság és a reflow kívánalmai között. De ezek egyben hatással lesznek a paszta voiding karakterisztikájára. Megfelelő pasztatípust kell választani, amely mérsékli a voidok kialakulását a reflow-folyamatban. Az eredmény kisebb, kevesebb voidot eredményez nemcsak a BTC, hanem a BGA és egyéb alkatrészeknél is.
A forraszpaszták két fontos összetevője a flux és az ón. A flux befolyását a voidképződésre nagymértékben befolyásolni tudjuk különböző technikákkal, többek között az oldószer és az aktivátor kiválasztásával. Megvizsgáltuk, hogy az ónpor vajon hatással van-e a voidok kialakulására ezeknél az alkatrészeknél. Amennyiben összefüggést tudnánk találni az ónpor eloszlása és a voidcsökkenés között, lehetőségünk lenne további eszközöket adni az elektronikai gyártóknak, hogy csökkenteni tudják a zárványos forrasztást. Sajnos, az első vizsgálatok nem utalnak szoros összefüggésre a voidok és a pasztaösszetevők eloszlása között, ezért további alapos vizsgálatokra van szükség.
Stencildizájn
Nemrég készítettünk egy tesztet voidképződésre, felhasználva az AIM szabványos kísérleti paneljét, különböző BTC nyomatokkal. Lehetőségünk volt kipróbálni 18 különböző stencilapertúra-dizájnt és –fedettségi arányt (4. ábra). Azt tapasztaltuk, hogy a padek fedettségi aránya kevésbé befolyásolja a voidok képződését, mint inkább az apertúrák kialakítása. Az adatokból az derül ki, hogy az a stencildizájn, mely lehetővé teszi a gázok távozását, jobb eredményeket mutat, mint ahol erre nincs lehetőség.
4. ábra. A tesztpanelA BTC stenciltervezésnél a voidképződésen kívül azt is figyelembe kell venni, hogy az alkatrészek „megúsznak". Túl sok pasztát nyomtatva a középső padre, egy nagy forraszpasztatömeget kapunk, mely magasabb a szomszédos padekre felvitt paszta magasságánál. Reflow-folyamat alatt a BTC komponens ezen megúszik vagy megbillen/elfordul, mely hiányos vagy megbízhatatlan forrasztást eredményez az alkatrész egyik felén vagy akár több részén is. Az alapszabály az, ha a stencil bármelyik részén az apertúrák area ratiója (területi aránya) kevesebb, mint 0,75, akkor a tervezőnek el kell végeznie néhány alapszámítást a pasztamennyiségre, valamint a relatív magasságra vonatkozóan. Ideális esetben ez 2-3 mil abszolút redukciót jelent.
Reflowprofil
Kísérletképpen teszteltünk 5 különböző reflow-profilt, különböző csúcshőmérsékletekkel 240–255 °C között. A TAL (Time Above Liquidus) idő 50–90 másodperc volt, a csúcshőmérséklet eléréséhez szükséges idő pedig 210–330 másodperc. Lineáris profilt és platóprofilt egyaránt kipróbáltunk a tesztelésnél. Azt tapasztaltuk, hogy a voidképződés szempontjából az alacsonyabb csúcshőmérséklet és a rövidebb TAL a legjobb. Magas csúcshőmérséklet és hosszabb TAL több zárványt eredményezett. A megömlesztő zóna nem volt nagy hatással a voidképződésre. Az 5. ábra hasonlítja össze a központi pad zárványosodási eredményeit a legjobb, illetve legrosszabb profilokat alapul véve.
5. ábra. A zárványosodási eredmények összehasonlítása. Cserélhető/moduláris adagolószelep a termelékenység növeléséért és a költségek csökkentéséértEltüntetni nem – csökkenteni igen
A BTC voidokat sohasem lehet teljesen eltüntetni, de természetesen számos ponton lehet csökkenteni a termék fejlesztése során. A PCB-tervezők alkalmazhatnak voidcsökkentő elrendezést, úgymint a 'window paning', a hő- és földelőpadek kimaszkolása, stratégiailag elhelyezett viák. Esetlegesen a tervező vagy a felhasználó meghatározhat low-voiding pasztát. Gyártás előtt, a stenciltervező megadhat maszkokat a gázképződés elvezetésére, vagy tervezhet utakat elvezetni azt és távol tartani a pasztát a viától. Végezetül, a termelésben a folyamatmérnök vagy -technikus a profilt gyakorta ellenőrizve tudja csökkenteni a voidok számát.
Sajnálatos módon, sokszor az utolsó védelmi vonal – a termelés – az első védelemként funkcionál. Az előtte lévő remek lehetőségeket elszalasztják. Az elektronikai gyártóknak így csak a következő eszközeik maradnak:
- Forraszpaszta-választás.
- Apertúraáttervezés.
- Reflow-profil-áttekintés.
Ezek a változók kombinált formában is, korlátozott és változó hatással vannak a voidok csökkentésére. Ha a BTC voidok aggályokat vetnek fel az elektromos vagy termikus teljesítményben, a leghatékonyabban a PCB tervezési folyamatában tudunk ellene fellépni. Minden egyes stratégia hozzájárul a jobb érintkezéshez, így a jobb minőségi eredményhez.
