सोल्डर मास्क विस्तार: अदृश्य यील्ड किलर

एक खराब सोल्डर मास्क निर्णय की गंध विशिष्ट होती है। यह जलाए गए फ्लक्स, गर्म पॉलीइमाइड, और एक शनिवार दोपहर की गंध जैसी होती है जो मैन्टिस माइक्रोस्कोप के नीचे झुके हुए सोल्डरिंग आयरन के साथ बिताई गई हो। जब आप 10x आवर्धन के तहत QFN-32 को देखते हैं और हर एक पिन अपने पड़ोसी से जुड़ा हुआ दिखता है, तो आप सुरुचिपूर्ण रूटिंग या सिग्नल इंटीग्रिटी सिमुलेशन के बारे में नहीं सोच रहे होते। आप एक भौतिक असफलता को देख रहे होते हैं। सोल्डर पेस्ट, जो एक बार रिफ्लो ओवन में गर्म किया गया था, रुकने के लिए कहीं नहीं था। यह ढीला हो गया, फैल गया, और मिल गया क्योंकि मैकेनिकल डैम जो पैड 1 को पैड 2 से अलग करने वाला था, वह बस मौजूद नहीं था।

सोल्डरिंग आयरन को दोष मत दो, और स्टेंसिल को दोष देना बंद करो। यह एक डेटा समस्या है जो एक भौतिक दुःस्वप्न बन गई। मूल कारण CAD सेटिंग्स में है, जो अक्सर 4 मिल्स विस्तार के “सुरक्षित” डिफ़ॉल्ट पर छोड़ी जाती हैं, जो फाइन-पिच पैड्स के बीच सोल्डर मास्क वेब को चुपचाप हटा देती हैं। भौतिकी आपकी रेंडरिंग की परवाह नहीं करती। यदि डैम गायब है, तो सोल्डर ब्रिज करेगा।

फैब हाउस आपकी असेंबली को क्यों बर्बाद करना चाहता है

आपका बेयर बोर्ड फैब्रिकेटर और आपका असेंबलर मूलभूत हितों के टकराव में हैं। फैब्रिकेशन हाउस “अतिक्रमण” से डरता है। यदि वे ग्रीन मास्क लेयर को थोड़ा ऑफ-टारगेट प्रिंट करते हैं (वेट-फिल्म प्रोसेसिंग की एक निश्चित वास्तविकता) और वह मास्क कॉपर पैड के ऊपर आ जाता है, तो आप खराब सोल्डरेबिलिटी के लिए बोर्ड को अस्वीकार कर देंगे। खुद को स्क्रैप लागत से बचाने के लिए, वे एक सुरक्षा बफर की मांग करते हैं। वे चाहते हैं कि आप मास्क ओपनिंग को इतना बढ़ाएं कि यदि उनकी संरेखण 2 या 3 मिल्स तक भटकती भी है, तो भी ओपनिंग पैड को साफ़ कर दे।

यह सुरक्षा मार्जिन उन्हें पैसा बचाता है, लेकिन यह आपकी विश्वसनीयता की कीमत पर होता है। जब आप एक वैश्विक विस्तार नियम लागू करते हैं—मान लीजिए, उद्योग मानक 4 मिल्स (0.1 मिमी)—एक 0.5 मिमी पिच कंपोनेंट पर, तो आप गणितीय रूप से पैड्स के बीच ब्रिज को समाप्त कर देते हैं। आप एक संभावित सौंदर्य दोष (मास्क पैड पर) के बदले एक निश्चित कार्यात्मक दोष (सोल्डर ब्रिजिंग) का व्यापार कर रहे हैं।

यदि आप बजट फैब्रिकेशन शॉप्स से निपटते हैं, तो आपको अक्सर भयावह “इंजीनियरिंग क्वेरी” या “ऑन होल्ड” ईमेल मिलेगा। वे आपके फाइन-पिच फुटप्रिंट्स को चिह्नित करेंगे और दावा करेंगे कि पैड्स के बीच का “पतला” मास्क प्रिंट करने के लिए बहुत पतला है। वे झूठ नहीं बोल रहे हैं; उनकी प्रक्रिया 3-मिल वेब को बिना टूटे रखने में सक्षम नहीं हो सकती। लेकिन यदि आप उन्हें इसे पूरी तरह से हटाकर “ठीक” करने देते हैं, तो आप उन्हें खुला कॉपर का एक तालाब बनाने की अनुमति देते हैं जहाँ अलग-अलग द्वीप होने चाहिए। वे अपनी उपज को आपकी उपज से ऊपर प्राथमिकता देते हैं।

डैम की यांत्रिकी

सोल्डर मास्क पेंट की तरह कम और एक हाइड्रोलिक डैम की तरह अधिक कार्य करता है। इसका प्राथमिक कार्य रिफ्लो ओवन में पिघले हुए सोल्डर की सतह तनाव को तोड़ना है। जब पेस्ट पिघलता है, तो यह अपनी सतह क्षेत्र को कम करना चाहता है। यदि दो पैड्स के बीच मास्क सामग्री की एक पट्टी होती है, तो सोल्डर अपने संबंधित पैड पर मोती की तरह जमा होता है, मास्क की दीवार द्वारा सीमित। इसे “गैस्केट” प्रभाव कहा जाता है। मास्क स्टेंसिल के लिए एक ऊर्ध्वाधर दीवार प्रदान करता है जिस पर वह बैठता है, और एक क्षैतिज बाधा जो सोल्डर गीला नहीं कर सकता।

जब आप उस डैम को हटाते हैं—या तो आक्रामक विस्तार सेटिंग्स के माध्यम से या एक फैब हाउस द्वारा “गैंग रिलीफ” में लगे हुए—तो आप कंटेनमेंट खो देते हैं। पैड्स के बीच की जगह खाली FR4 लैमिनेट बन जाती है। पिघला हुआ सोल्डर उस अंतर को आसानी से पार कर जाता है, खासकर यदि स्टेंसिल एपर्चर गैस्केट सील मानते हुए डिजाइन किया गया था। मास्क की ऊंचाई के बिना इसे रोकने के लिए, सोल्डर ढीला हो जाता है।

यह अक्सर BGA कंपोनेंट्स के लिए घबराहट का कारण बनता है। आप एक्स-रे के तहत शॉर्ट देख सकते हैं और मान सकते हैं कि पेस्ट की मात्रा बहुत अधिक है या प्रोफ़ाइल बहुत गर्म है। पहले बेयर बोर्ड को देखें। यदि BGA पैड्स के लिए मास्क ओपनिंग इतनी बड़ी हैं कि वे छू जाती हैं, तो आपने सोल्डर बॉल को अपने पड़ोसी के साथ मिलाने के लिए सबसे कम प्रतिरोध का रास्ता बना दिया है। नॉन-सोल्डर मास्क डिफाइंड (NSMD) पैड्स BGAs के लिए विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए मानक हैं, लेकिन यदि विस्तार बहुत आक्रामक है, तो पैड के चारों ओर “खाई” ब्रिजिंग के लिए एक चैनल बन जाती है।

गैंग राहत जाल

इस समस्या का सबसे खतरनाक संस्करण QFNs और फाइन-पिच कनेक्टर्स को प्रभावित करता है। डिजाइनर, “मिनिमम सोल्डर मास्क स्लिवर” के बारे में DRC (डिज़ाइन रूल चेक) त्रुटियों से थककर, अक्सर सबसे कम प्रतिरोध वाले रास्ते को अपनाते हैं: गैंग रिलीफ। इसमें पूरे पिन की एक पंक्ति पर मास्क ओपनिंग का एक बड़ा आयत बनाना शामिल है।

यह गर्बर व्यूअर में साफ दिखता है। यह फैब हाउस चेक्स को तुरंत पास कर जाता है क्योंकि प्रिंट करने के लिए कोई नाजुक स्लिवर नहीं होते। लेकिन असेंबली लाइन पर, यह एक आपदा है। मैंने महंगे सिलिकॉन के ट्रे देखे हैं—मेडिकल डिवाइस प्रोटोटाइप पर QFP-100s—इसे इस कारण से स्क्रैप किया गया। जब आप 0.5 मिमी पिच पिन की एक पंक्ति को गैंग रिलीव करते हैं, तो आप सोल्डर के सतह तनाव से ही जोड़ को अलग रखने के लिए कह रहे होते हैं। यह शायद ही कभी काम करता है। सोल्डर एक साथ खिंच जाता है, और आप दस पिनों को शॉर्ट करने वाली एक एकल मिश्र धातु की पट्टी के साथ समाप्त होते हैं।

इन पर मैनुअल रीवर्क बहुत कठिन होता है। आपको सारा सोल्डर निकालना होता है, क्षेत्र को अल्कोहल से साफ़ करना होता है, और मास्क डैम के बिना ताजा जोड़ बनाने के लिए ड्रैग-सोल्डर करने की कोशिश करनी होती है। यह $5 बोर्ड असेंबली को $50 रीवर्क प्रोजेक्ट में बदल देता है।

एलडीआई थ्रेशोल्ड

आप वेब को बस लगातार छोटा नहीं कर सकते; अंततः, सामग्री भौतिक रूप से विफल हो जाती है। असली समाधान सटीकता के लिए भुगतान करना है। पारंपरिक फोटो-इमेजेबल प्रक्रियाओं को उस स्लॉप फैक्टर की आवश्यकता होती है। लेजर डायरेक्ट इमेजिंग (LDI) गणित को बदल देता है। LDI फिल्म का उपयोग नहीं करता। यह बोर्ड पर सीधे मास्क को क्योर करने के लिए लेजर का उपयोग करता है, संरेखण के लिए बोर्ड के अपने फिडुशियल्स का संदर्भ लेते हुए।

LDI के साथ, आपको 3 या 4 मिल्स के विस्तार की आवश्यकता नहीं है। आप 1:1 मास्क (शून्य विस्तार) या बहुत तंग 1-मिल विस्तार चला सकते हैं। यह आपको 0.4 मिमी पिच पार्ट्स पर भी मजबूत 3-मिल डैम बनाए रखने की अनुमति देता है। हाँ, LDI की लागत अधिक है। यह एक प्रीमियम प्रक्रिया है। लेकिन उस लागत को पुनःकार्य की लागत के खिलाफ तौलें। यदि आप 0805 पैसिव्स और SOIC चिप्स के साथ एक उपभोक्ता गैजेट बना रहे हैं, तो अपना पैसा बचाएं और स्लॉपी प्रक्रिया का उपयोग करें। लेकिन यदि आप 0.4 मिमी पिच QFN या 0.5 मिमी BGA लगा रहे हैं, तो बेयर बोर्ड पर "बचत" AOI में पहला ब्रिज पता चलते ही भाप बन जाएगी।

नई बेसलाइन

अपने EDA टूल्स में डिफ़ॉल्ट पर भरोसा करना बंद करें। 4 मिल्स का वैश्विक विस्तार उस समय की एक विरासत है जब घटक बहुत बड़े थे।

0.5 मिमी या उससे कम पिच वाले किसी भी घटक के लिए, आपको हस्तक्षेप करना होगा:

1. वेब की जांच करें: सुनिश्चित करें कि आपके डिज़ाइन में पैड्स के बीच कम से कम 3 मिल्स (0.075 मिमी) का मास्क हो।
2. विस्तार का ऑडिट करें: यदि उस वेब को बनाए रखने के लिए विस्तार को 0 या 1 मिल तक कम करना आवश्यक है, तो ऐसा करें।
3. LDI निर्दिष्ट करें: यदि आप विस्तार को तंग करते हैं, तो फैब हाउस को बताएं कि आपको LDI की आवश्यकता है। यदि आप ऐसा नहीं करते हैं, तो वे आपको होल्ड पर रख देंगे या, इससे भी बदतर, बिना बताए इसे वापस बढ़ा देंगे।
4. कोई गैंग रिलीफ नहीं: कभी भी पिन की एक पंक्ति को एक ही मास्क उद्घाटन साझा करने की अनुमति न दें जब तक कि डेटा शीट स्पष्ट रूप से इसकी मांग न करे (जो कि दुर्लभ है)।

मास्क यांत्रिक असेंबली का हिस्सा है। इसे उसी सटीकता के साथ संभालें जैसे आप कॉपर को संभालते हैं।