उच्च थर्मल ماس्ट बोर्डों पर HiP दोष: क्यों अधिक पेस्ट कभी समाधान नहीं है

परिदृश्य बहुत ही सामान्य है। एक जटिल बोर्ड, भारी कॉपर प्लेन के साथ घना, रीफ्लो ओवन से निकलता है। निरीक्षण में एक बड़े BGA के नीचे हेड-इन-पिल्लो (HiP) दोष का समूह दिखाई देता है—खतरनाक ओपन सर्किट जहां सोल्डर बल और पेस्ट मिल नहीं पाते। तत्काल instinct है कि सोल्डर पेस्ट की मात्रा बढ़ाई जाए। यह तर्कसंगत लगता है: यदि कनेक्शन नहीं बन रहा है, तो केवल अधिक सामग्री जोड़ें।

यह instinct गलत है। PCBA में, हमने बार-बार इस दृष्टिकोण को असफल देखा है। उच्च थर्मल मास असेंबलियों के लिए, पैड को पेस्ट में डूबो देना असली दोषी को नजरअंदाज करता है। समस्या सोल्डर की कमी नहीं है; यह हीट ट्रांसफर भौतिकी द्वारा प्रेरित एक क्षणिक, तबाहीपूर्ण कोप्लेनरिटी का नुकसान है। समाधान बड़े स्टेंसिल एपर्चर में नहीं, बल्कि आपके पूरे असेम्बली प्रक्रिया के अनुशासित नियंत्रण में है।

एक जिद्दी दोष की बनावट: warpage, तापमान वृद्धि, और विफल intuition

एक प्रिंटेड सर्किट बोर्ड एक निष्क्रिय स्लैब नहीं है। यह अलग-अलग थर्मल गुणों वाली सामग्री का सं composites है। जब एक बोर्ड भारी ग्राउंड प्लेनों या मोटे फॉर्म फैक्टर से महत्वपूर्ण थर्मल मास के साथ रीफ्लो ओवन में प्रवेश करता है, तो यह तापमान परिवर्तन का विरोध करता है, जिससे HiP दोषों के लिए आदर्श स्थिति बनती है।

उच्च थर्मल मास का मुख्य चुनौती

उच्च थर्मल मास एक हीट सिंक के रूप में कार्य करता है, जिससे गहरा थर्मल लेग होता है। जबकि बोर्ड के बाहरी किनारे और टॉप-साइड कंपोनेंट्स जल्दी गर्म हो जाते हैं, इसकी आंतरिक परतें और कंपोनेंट-साइड ग्राउंड प्लेन्स थर्मल ऊर्जा को बहुत ही धीरे-धीरे अवशोषित करते हैं। यह भिन्न तापमान का हीटिंग ही वह इंजन है जो रीफ्लो के दौरान गतिशील warpage को चलाता है। बोर्ड भौतिक रूप से ओवन में विकृत होता है, और यह विकृति न तो समान होती है और न ही स्थैतिक।

“अधिक पेस्ट” मिथक का खंडन: समय का मुद्दा, मात्रा का नहीं

अधिक पेस्ट जोड़ना fails क्योंकि यह HiP को एक सरल गैप-फिलिंग समस्या के रूप में behandelt करता है। हालांकि, गैप गतिशील है। एक बड़ा पेस्ट जमा झुक सकता है, ब्रिजिंग का खतरा बढ़ा सकता है, और फिर भी उस BGA बल से संपर्क करने में विफल रहता है जो अस्थायी रूप से warpage के कारण उठ गया हो। मुख्य विफलता समय में misalignment है: सोल्डर पेस्ट पिघलता है और इसकी flux activity समाप्त हो जाती है, ठीक उसी समय जब BGA बल अपनी सीमा पर होता है। जब बोर्ड प्रोफ़ाइल में बाद में सपाट हो जाता है, तो पेस्ट एक ऑक्साइड युक्त, अनवेटबल मास हो जाता है। कनेक्शन 실패 हो जाता है क्योंकि संपर्क सही समय पर नहीं हुआ—यह समस्या मात्र मात्रा नहीं हल कर सकती।

प्रथम सिद्धांत: कोप्लेनरिटी ड्रिफ्ट का भौतिकी

इस दोष को हल करने के लिए, आपको कार्यरत बलों को समझना होगा। उच्च तापमान मास बोर्ड पर HiP दोष एक भौतिक युद्ध है, जिसे तापमान के हथियार से लड़ा जाता है।

तापमान की लड़ाई: तापमान ग्रेडिएंट्स कैसे Warpage को प्रेरित करते हैं

जैसे ही असेंबली रिफ्लो ओवन से गुजरती है, तापमान में महत्वपूर्ण अंतर, या डेल्टा-T, थर्मली हल्के और भारी क्षेत्रों के बीच विकसित होता है। BGA पैकेज, अपनी कम थर्मल मास के साथ, जल्दी गर्म हो जाती है। उसके नीचे वाली PCB क्षेत्र, जो अक्सर एक विशाल ग्राउंड प्लेन से जुड़ी होती है, बहुत धीमी गति से गर्म होती है। यह डेल्टा-T विभिन्न प्र Expansion का कारण बनता है। BGA उसके नीचे के बोर्ड की तुलना में तेज़ी से फैलता है, जिससे एक

बीजीए बनाम। बोर्ड: लिक्विडस की दौड़

यह वार्पेज सबसे गंभीर होता है रैम्प-टू-पीक स्टेज के दौरान—महत्त्वपूर्ण रूप से, यह भी है जब सोल्डर मिश्र धातु अपनी लिक्विडस तापमान तक पहुंचती है। बीजीए की सोल्डर गेंदें, जो जल्दी गर्म हो गई हैं, पिघली हुई हैं और जोड़ बनाने के लिए तैयार हैं। हालांकि, पीसीबी पैड पर सोल्डर पेस्ट अभी भी तापमान तक पहुँचने के संघर्ष में है क्योंकि बोर्ड का थर्मल लैग है। परिणाम एक महत्वपूर्ण मिसअलाइनमेंट है। बीजीए गेंद तरल है, लेकिन पेस्ट या तो अभी पूरी तरह से पिघला नहीं है या वार्पेज द्वारा बनाई गई खाई बहुत बड़ी है ताकि फ्लक्स खर्च होने से पहले पुल किया जा सके। कनेक्शन असफल हो जाता है।

थर्मल प्लेबुक: रीफ्लो प्रोफ़ाइल में महारत हासिल करना

क्योंकि मूल कारण थर्मल है, समाधान भी थर्मल होना चाहिए। आपका रिफ्लो प्रोफ़ाइल गतिशील वार्पेज को कम करने के लिए सबसे शक्तिशाली उपकरण है। लक्ष्य सिर्फ सोल्डर को पिघलाना नहीं है, बल्कि पूरे असेम्बली के डेल्टा-T का प्रबंधन करना है, यह सुनिश्चित करते हुए कि सब कुछ लिक्विडस पर एक ही समय और समान प्लेन पर पहुंचे।

थर्मल समीकरण के लिए सोक का विस्तार

उच्च थर्मल मास बोर्डों के लिए, लंबा और सावधानीपूर्वक नियंत्रित सोक क्षेत्र अनिवार्य है। एक विशिष्ट छोटा सोक प्रोफ़ाइल जो आमतौर पर सरल बोर्डों के लिए काम करता है, यहाँ विनाशकारी होगा। सोल्डर के पिघलने के बिंदु के ठीक नीचे एक विस्तारित सोक अवधि, बोर्ड के stubborn, थर्मली भारी क्षेत्रों को lighter क्षेत्रों से “पिछड़ा” होने की अनुमति देती है। पूरी असेम्बली के डेल्टा-T को कम करके पहले अंतिम रैम्प टू पीक, आप वार्पेज के पीछे प्रेरणा शक्ति को भारी मात्रा में कम कर देते हैं। असेम्बली थर्मल समीकरण की स्थिति में महत्वपूर्ण पीक क्षेत्र में प्रवेश करता है।

डिसिप्लिन्ड टाइम-एबव लिक्विडस: फॉर्जिंग फ्लैट जॉइंट्स

समीकरण की स्थिति में होने पर, टाइम-एबव-लिक्विडस (TAL) अगला महत्वपूर्ण पैरामीटर है। एक सामान्य गलती है कि TAL बहुत छोटा है, जो पूर्ण वेटिंग को रोकता है, या बहुत लंबा है, जो कम्पोनेंट्स को खराब करता है और फ्लक्स को पूरी तरह से समाप्त कर देता है। HiP के लिए, लक्ष्य है कि TAL इतना लंबा हो कि दो बातें हो सके: पूर्णता से मेल करने के लिए तरल सोल्डर को पूरी तरह एकजुट करना, और बोर्ड और कम्पोनेंट को “आराम” में लाना जब तापमान पीक पर समान हो रहे हैं। यह अनुशासन एक समान, मजबूत जॉइंट बनाता है। जिनके पास हीटिंग ज़ोन कम वाले ओवन हैं, वहाँ लंबी, स्थिर सोक प्राप्त करना चुनौतीपूर्ण हो सकता है। इन मामलों में, धीमा रैंप रेट लंबे सोक का अनुकरण कर सकता है, जिससे बोर्ड को और अधिक समय मिले पुनः समायोजित करने के लिए भले ही यह कुल प्रोफ़ाइल समय बढ़ाए।

प्रोफ़ाइल से परे: यांत्रिक और सामग्री हस्तक्षेप

जबकि थर्मल प्रोफ़ाइल स्टार प्लेयर है, दो अन्य हस्तक्षेप समस्या के भौतिक और रासायनिक पहलुओं को संबोधित करके एक संपूर्ण, मजबूत समाधान प्रदान करते हैं।

बोर्ड का उचित समर्थन के साथ नियंत्रण

यदि थर्मल ग्रेडिएंट वार्पेज का इंजन हैं, तो भौतिक समर्थन की कमी ही इसे जंगल में भागने देती है। उच्च थर्मल मास वाले बोर्ड, विशेष रूप से बड़े या पतले वाले, को ऑवन में सही से समर्थित होना चाहिए। सरल एज कन्वेयर्स पर निर्भर रहना पर्याप्त नहीं है। हम दृढ़ता से सुझाते हैं कि समर्पित समर्थन फिक्स्चर का उपयोग करें जिनमें पिन होते हैं जो बोर्ड के किनारों और केंद्र में संपर्क करते हैं, विशेष रूप से बीजीए के आसपास। यह यांत्रिक समर्थन भौतिक रूप से बोर्ड को प्रतिबंधित करता है, इसकी वॉर्पिंग प्रवृत्ति से लड़ता है और कोप्लानैरिटी में नाटकीय रूप से सुधार करता है।

अपने हथियार का चयन करें: हाई-टैक, लो-स्लंप सोल्डर पेस्ट

सोल्डर पेस्ट खुद एक सक्रिय भागीदार है। इन बोर्डों पर HiP का सामना करते समय, पेस्ट रसायन शास्त्र महत्वपूर्ण है। आपको ऐसी पेस्ट चाहिए जिसमें असाधारण टैकनेस और मजबूत फ्लक्स पैकेज हो। उच्च टैक वाली पेस्ट यह सुनिश्चित करती है कि यदि मामूली अलगाव भी हो, तो भी यह बीजीए बॉल के साथ भौतिक संपर्क बनाए रखती है। फ्लक्स को इस प्रकार डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि यह एक्टिविटी न खोए बिना लंबे समय तक सोखने की प्रोफ़ाइल को सह सके, और जब लिक्विडस प्राप्त हो तो ऑक्साइड को साफ करने के लिए तैयार हो। खराब स्लंप प्रदर्शन वाली या कमजोर फ्लक्स वाली पेस्ट केवल स्थिति को बदतर बनाएगी।

फ़िक्स की पुष्टि करना: प्रक्रिया नियंत्रण से एक्स-रे तक

इन परिवर्तनों को लागू करना लड़ाई का आधा हिस्सा है; उनकी सफलता की पुष्टि करना दूसरा आधा है। स्थिर थर्मल प्रोफ़ाइलिंग आवश्यक है ताकि आपकी प्रक्रिया नियंत्रण में रहे। एक सफल, दस्तावेजीकृत प्रोफ़ाइल जो HiP को समाप्त करता है, उसे नियमित रूप से ऑडिट किया जाना चाहिए।

अंततः, निश्चित प्रमाण निरीक्षण से आता है। जबकि दृश्य निरीक्षण सुराग प्रदान कर सकता है, यह सुनिश्चित करने का अकेला तरीका है कि HiP को हटा दिया गया है, स्वचालित एक्स-रे निरीक्षण (AXI) के माध्यम से। एक्स-रे से क्रॉस-सेक्शनल दृश्य एक पूरी तरह से विलीन, समरूप सोल्डर जॉइन को स्पष्ट रूप से दिखाएगा, पुष्टि करते हुए कि आपका अनुशासित, प्रक्रिया-उन्मुख दृष्टिकोण सफल रहा है, जबकि केवल अधिक पेस्ट जोड़ना असफल होने का निशान था।