عطل HiP على لوحات الكتلة الحرارية العالية: لماذا لا يكون المزيد من المعجون هو الحل أبدًا

الموقف شائع بشكل محبط. تظهر لوحة معقدة، مليئة بطائرات نحاسية ثقيلة، من فرن إعادة التدفق. تكشف الفحوصات عن مجموعة من عيوب الرأس في الوسادة (HiP) تحت BGA كبير—دوائر مفتوحة خبيثة حيث فشل كرة اللحام والمعجون في التماسك. الانطباع الفوري هو زيادة حجم معجون اللحام. يبدو منطقيًا: إذا لم تتشكل الاتصال، فقط أضف المزيد من المادة.

هذا الحدس خاطئ. في لوحات PCBA من النوع Bester، رأينا أن هذا النهج يفشل مرارًا وتكرارًا. بالنسبة للتجميعات ذات الكتلة الحرارية العالية، فإن غمر الوسادات بالمعجون يتجاهل السبب الحقيقي. المشكلة ليست في نقص اللحام؛ إنها فقدان مؤقت وكارثي للتماثل التوأمي ينشأ عن فيزياء انتقال الحرارة. الحل لا يكمن في فتح أكبر لفتحة الستنسل، بل في التحكم المنضبط في عملية التجميع كاملة.

تشريح عيب عنيد: الالتواء، تأخر الحرارة، والفشل في الحدس

لوحة الدائرة المطبوعة ليست لوحًا غير تفاعلي. إنها مركب من مواد ذات خصائص حرارية مختلفة تمامًا. عندما تدخل لوحة بكتلة حرارية كبيرة من طائرات أرضية ثقيلة أو شكل سميك إلى فرن إعادة التدفق، تقاوم تغير درجة الحرارة، مما يخلق الظروف المثالية لعيوب HiP.

التحدي الأساسي للكتلة الحرارية العالية

الكتلة الحرارية العالية تعمل كمشتت للحرارة، مما يسبب تأخيرًا حراريًا عميقًا. بينما تسخن حواف اللوحة والمكونات في الجانب العلوي بسرعة، تمتص الطبقات الداخلية وطائرات الأرضية على الجانب المكوني الطاقة الحرارية بشكل أبطأ بكثير. هذا التسخين التفريقي هو المحرك الذي يدفع الالتواء الديناميكي أثناء إعادة التدفق. تتشوه اللوحة فعليًا في الفرن، وهذه التشوهات ليست موحدة ولا ثابتة.

الرد على خرافة 'المزيد من المعجون': مشكلة توقيت، لا حجم

فشل إضافة المزيد من المعجون لأنه يعامل خلل الرأس في الوسادة كمشكلة ملء فجوة بسيطة. ومع ذلك، فإن الفجوة ديناميكية. يمكن أن ينهار تراكم المعجون الأكبر، ويزيد من خطر الجسر، ومع ذلك لا يلامس كرة BGA التي أُبعدت مؤقتًا بسبب الالتواء. الفشل الأساسي هو عدم توافق في التوقيت: يذاب معجون اللحام ويفقد نشاط التدفق الخاص به تمامًا عندما تكون كرة BGA في أبعد نقطة من مسارها. بحلول الوقت الذي تستوي فيه اللوحة لاحقًا في الملف، يكون المعجون كتلة مؤكسدة وغير قابلة للبلل. تفشل الاتصال لأنه لم يتم تحقيق التلامس في اللحظة الدقيقة للذوبان—مشكلة لا يمكن لحجم فقط حلها.

المبادئ الأساسية: فيزياء انحراف التماثل التوأمي

لحل هذا العيب، يجب أن تفهم القوى المعنية. خلل HiP على لوحة ذات كتلة حرارية عالية هو قصة معركة فيزيائية بين المكون ودوائر اللوحة، تُخاض بسلاح درجة الحرارة.

معركة درجات الحرارة: كيف تدفع التدرجات الحرارية التشوه

عند مرور التجميع عبر فرن إعادة السيلكون، يتطور فرق درجة حرارة مهم، أو delta-T، بين المناطق ذات الحمل الحراري الخفيف والثقيل. حزمة الـ BGA، بذ0092_ح حمل حراري منخفض، تسخن بسرعة. المنطقة أسفلها مباشرة على الـ PCB، غالبًا المرتبطة بطبقة أرضية ضخمة، تسخن ببطء أكبر بكثير. يسبب هذا الـ delta-T التمدد التفريقي. تتمدد الـ BGA بسرعة أكبر من اللوحة تحته، مما يؤدي إلى التواء بابتسامة حيث يرفع مركز المكون بعيدًا عن الـ PCB. يخلق ذلك الفصل المادي الذي يحدد حالة الرأس داخل الوسادة.

الـ BGA مقابل اللوحة: سباق إلى نقطة الانصهار

هذا التواء يكون أكثر حدة خلال مرحلة الارتفاع إلى الذروة في ملف تعريف إعادة السيلكون — والأهم من ذلك، أن هذا هو أيضًا عندما تصل سبائك اللحام إلى درجة حرارة الانصهار. كرات لحام الـ BGA، بعد أن سخنت بسرعة، تكون منصهرة وجاهزة لتشكيل اتصال. ومع ذلك، لا تزال معجون اللحام على وسادة الـ PCB تكافح للوصول إلى درجة الحرارة بسبب تأخر الامتصاص الحراري للوحة. والنتيجة هي عدم توازن حرج. كرة الـ BGA سائلة، لكن المعجون إما لم ينصهر بشكل كامل بعد أو أن الفجوة الناتجة عن الالتواء كبيرة جدًا لتعبئتها قبل انتهاء تدفق اللاصق. يفشل الاتصال.

كتاب قواعد الحرارة: إتقان ملف إعادة التدفق

نظرًا لأن السبب الجذري هو حراري، يجب أن يكون الحل حراريًا. يعتبر ملف تعريف إعادة السيلكون الخاص بك الأداة الأقوى للتقليل من الالتواء الديناميكي. الهدف ليس فقط إذابة اللحام، بل إدارة delta-T عبر التجميع بأكمله، لضمان وصول كل شيء إلى درجة الانصهار في الوقت نفسه وعلى نفس المستوى.

تمديد فترة النقع لتحقيق التوازن الحراري

بالنسبة للوحات ذات الكثافة الحرارية العالية، تعتبر فترة نقع أطول وأكثر تحكمًا دقة غير قابلة للتفاوض. سيكون ملف النقع القصير النموذجي الذي يعمل مع لوحات بسيطة كارثيًا هنا. تسمح فترة النقع الممتدة أدناه مباشرة نقطة انصهار اللحام للمناطق العنيدة والثقيلة حراريًا في اللوحة بأن «تلحق» بالخفة. من خلال تقليل delta-T عبر التجميع قبل الارتفاع النهائي إلى الذروة، تقلل بشكل كبير من القوة الدافعة وراء الالتواء. يدخل التجميع المنطقة الحرجة للذروة في حالة توازن حراري.

الانضباط في الزمن فوق نقطة الانصهار: تشكيل وصلات مسطحة

بمجرد الوصول إلى التوازن، يكون الزمن فوق نقطة الانصهار (TAL) هو المعيار الحاسم التالي. خطأ شائع هو TAL قصير جدًا، يمنع التبلل الكامل، أو طويل جدًا، الذي يضر بالمكونات ويستنفد التدفق. بالنسبة لـ HiP، الهدف هو TAL طويل بما يكفي لحدوث شيئين: أن يكتمل تلاحم اللحام المنصهر بالكامل، وأن يستكين اللوح والمكون في حالة أكثر استواءً مع تساوي درجات الحرارة عند الذروة. يخلق هذا الانضباط وصلة مسطحة ومتينة. بالنسبة لأولئك الذين لديهم أفران بها مناطق تسخين أقل، يمكن أن يكون تحقيق فترة نقع طويلة ومستقرة تحديًا. في هذه الحالات، يمكن أن يحاكي معدل ارتفاع أبطأ بشكل عام فترة النقع الأطول، مما يمنح اللوح المزيد من الوقت للمساواة حتى لو زاد ذلك من إجمالي زمن الملف التعريفي.

ما وراء الملف الشخصي: التدخلات الميكانيكية والمادية

بينما يكون الملف التعريفي الحراري هو اللاعب الرئيسي، يوفر تدخلان آخران حلًا شاملاً وقويًا من خلال معالجة الجوانب الفيزيائية والكيميائية للمشكلة.

ترويض اللوحة بالدعم المناسب

إذا كانت التراجعات الحرارية هي محرك الالتواء، فإن نقص الدعم الفيزيائي هو ما يسمح له بالانطلاق. يجب دعم لوحات الحمل الحراري العالي، خاصة الكبيرة أو الرقيقة، بشكل صحيح في الفرن. الاعتماد على حزام النقل البسيط على الحواف لا يكفي. نوصي بشدة باستخدام قطع دعم مخصصة مع دبابيس تتلامس مع اللوح عند الحواف وفي المركز، خاصة حول الـ BGA. يدعم هذا الدعم الميكانيكي اللوح ماديًا، مقاومًا لميوله للالتواء ويُحسن بشكل كبير التوازي.

اختيار آلتك: معجون لحام عالي اللصق ومنخفض الانجماد

الطاسة اللحامية نفسها مشاركة نشطة. عند مواجهة HiP على هذه اللوحات، فإن كيمياء المعجون مهمة جدًا. تحتاج إلى معجون ذو التلاصق الاستثنائي وحزمة الفلورس القوية. يضمن المعجون ذو التلاصق العالي أنه حتى إذا حدث انفصال طفيف، يظل على اتصال فعلي مع كرة BGA. يجب تصميم الفلور ليصمد أمام ملف التعريض الطويل دون فقدان النشاط، وهو جاهز لتنظيف الأكسيدات في اللحظة التي يتم فيها الوصول إلى Liquidus. المعجون الذي يعاني من أداء منخفض في الانهيار أو فلوف ضعيف سيجعل الأمور أسوأ فقط.

التحقق من الإصلاح: من التحكم في العملية إلى الأشعة السينية

تنفيذ هذه التغييرات هو نصف المعركة؛ التحقق من نجاحها هو النصف الآخر. من الضروري أن يكون لديك ملف تعريف حراري منتظم لضمان أن تظل عمليتك تحت السيطرة. يجب تدقيق الملف التعريفي الناجح والموثق الذي يقضي على HiP بشكل منتظم.

في النهاية، تأتي الدلائل القاطعة من التفتيش. في حين أن الفحص البصري يمكن أن يوفر أدلة، فإن الطريقة الوحيدة للتأكد من أن HiP قد تم التخلص منه هي عبر التفتيش بالأشعة السينية الآلي (AXI). سترى من خلال المقطع العرضي للأشعة السينية وصلة لحام متجانسة ومتكاملة، مما يؤكد أن نهجك المنظم والموجه بالعملية قد نجح حيث كان إضافة المزيد من المعجون مجرد فشل محتم.