การเติมพื้นฐานหรือการเชื่อมมุม: การเลือกความชั่วร้ายที่น้อยที่สุดเพื่อความน่าเชื่อถือในการสั่นสะเทือน

การเลือกระหว่างการเติมสารซิลิโคนแบบ underfill กับการเชื่อมมุมเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในการออกแบบชุดวงจรพิมพ์ที่แข็งแรง นี่คือการแลกเปลี่ยนทางวิศวกรรมแบบคลาสสิก ไม่มีคำตอบที่สมบูรณ์แบบ มีเพียง 'ความชั่วร้ายที่น้อยกว่า' สำหรับการใช้งานเฉพาะของคุณ ฝั่งหนึ่ง คุณมีการเติมสารซิลิโคนแบบ capillary ซึ่งเป็นอีพ็อกซี่ที่แข็งแรงที่ล็อคชิ้นส่วนไว้กับบอร์ดเหมือนป้อมปราการ แต่เปลี่ยนการบริการในอนาคตให้กลายเป็นการศัลยกรรมทำลาย ฝั่งตรงข้าม คุณมีการเชื่อมมุมแบบ elastomeric ซึ่งเป็นกาวที่ยืดหยุ่นซึ่งดูดซับแรงกระแทกในขณะที่ยังเปิดโอกาสให้ปรับปรุงงานใหม่ได้

ที่ Bester PCBA เราได้เจาะลึกการตัดสินใจนี้ร่วมกับลูกค้านานหลายปี การถกเถียงไม่ใช่แค่เรื่องวัสดุเท่านั้น แต่เป็นการเลือกเชิงกลยุทธ์ที่ส่งผลต่อวงจรชีวิตของผลิตภัณฑ์ของคุณ ตั้งแต่ความซับซ้อนในการผลิตไปจนถึงการบำรุงรักษาในสนาม แม้ว่าความดึงดูดของความแข็งแรงสูงสุดจะเป็นสิ่งที่น่าหลงใหล แต่ประสบการณ์ของเราพิสูจน์ได้ว่ามันมักจะมาพร้อมกับราคาที่แพงเกินไป

นี่คือกรอบแนวคิดของเราในการเลือกเสริมแรงที่เหมาะสม—คู่มือที่จะช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทั่วไปและค้นหาโซลูชันที่สมดุลระหว่างความน่าเชื่อถือและความเป็นจริง

ศัตรูที่ไม่เห็น: วิธีที่เสียงสั่นทำให้รอยต่อบัดกรีแตกร้าว

ในการเลือกการป้องกัน คุณต้องเข้าใจการโจมตี เสียงสั่นเป็นแรงที่ต่อเนื่องและเป็นวัฏจักร สำหรับ Array แผงวงจรแบบ Ball Grid (BGA) ปัญหาไม่ได้อยู่ที่เสียงสั่นเอง แต่คือความแตกต่างในการโค้งงอที่เกิดขึ้นระหว่างแพคเกจ BGA ที่แข็งแรงและแผงวงจรที่ยืดหยุ่นกว่า ลองนึกภาพกระเบื้องเซรามิกแข็งติดกาวกับแผ่นยางที่ถูกบิดเบี้ยวอย่างต่อเนื่อง แรงดันไม่เข้าไปในกระเบื้องหรือแผ่นยาง แต่จะสะสมอยู่ในชั้นกาวบางๆ ที่เชื่อมทั้งสองอย่าง

ใน PCBA ลูกบอลบัดกรีนั้นเป็นชั้นกาวนั้น เมื่อแผงโค้งงอ รอยต่อบัดกรีด้านนอกสุดจะทนกับแรงดึงและแรงเฉือนอย่างมหาศาล เที่ยวแล้วเที่ยวเล่า ซึ่งนำไปสู่รอยร้าวขนาดเล็กที่แพร่กระจายตามเวลา สุดท้ายนำไปสู่การเปิดวงจรและความล้มเหลวที่รุนแรง นี่คือความเหนื่อยล้าของบัดกรี ซึ่งเป็นโหมดความล้มเหลวหลักที่ทั้งการเติมสารซิลิโคนแบบ underfill และการเชื่อมมุมมุ่งหวังที่จะป้องกัน ถึงแม้ว่าจะใช้แนวคิดที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

ป้อมปราการที่แข็งแรง: เข้าใจเรื่องการเติมสารซิลิโคนแบบ capillary

การเติมสารซิลิโคนแบบ capillary เป็นอีพ็อกซี่ความหนืดต่ำที่ใช้ในแนวขอบของ BGA หลังจากบัดกรีแล้ว ด้วยแรง capillary ของเหลวจะถูกดูดเข้าใต้ชิ้นส่วนเต็มพื้นที่ เติมเต็มช่องว่างระหว่างแพคเกจและ PCB เมื่อแข็งตัวแล้ว จึงสร้างพันธะทางโครงสร้างที่แข็งแรงและต่อเนื่องเชื่อมตัวชิ้นส่วนกับผิวบอร์ดโดยตรง

วิธีการทำงาน: การสร้างโครงสร้างแข็งแรงและเป็นเนื้อเดียวกัน

แกนหลักของการเติมเต็มคือการกำจัดการงอแบบแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง โดยสร้างการเชื่อมต่อที่แน่นหนา มันทำให้ BGA เชื่อมต่อกับแผงอย่างกลไก เปลี่ยนให้พวกมันเคลื่อนไหวเป็นหน่วยเดียวกัน เหล่านี้ส่งผ่านความเครียดออกจากลูกบัดกรีที่เปราะบางและกระจายออกไปทั่วพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นของอุปกรณ์และแผ่นรองแผงด้านล่าง วิธีนี้สร้างชุดประกอบที่ทนทานอย่างไม่น่าเชื่อ โดยให้ BGA เป็นส่วนประกอบสำคัญของแผงเอง

ต้นทุนที่ซ่อนอยู่: การปรับปรุงซ่อมแซมเป็นไปไม่ได้และแรงกดดันที่ถูกโอนข้าม

ความแข็งแรงนี้ อย่างไรก็ตาม เป็นดาบสองคม ต้นทุนแรกคือความสามารถในการซ่อมแซม การปรับปรุงซ่อมแซมชิ้นส่วนที่เติมสารซิลิโคนเป็นงานถาวร การซ่อมไม่ใช่กระบวนการรื้อถอนอย่างอ่อนโยน แต่เป็นการแงะและชิ้นส่วนที่ทำลายซึ่งเกือบรับประกันความเสียหายต่อจานบอร์ด หาก BGA ล้มเหลว แผงบอร์ดทั้งแผ่นมักจะเป็นรายจ่ายที่ยกเลิกไม่ได้

ต้นทุนที่ละเอียดอ่อนกว่าคือการถ่ายเทความเครียดจากการหมุนรอบความร้อน ตัวอุดซิลิโคน epoxy, บรรจุภัณฑ์ BGA และแผ่น FR-4 ทั้งหมดมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) แตกต่างกัน เมื่อการประกอบร้อนและเย็นลง พวกมันจะขยายและหดตัวในอัตราที่แตกต่างกัน เนื่องจากอุดซิลิโคนแข็งล็อคพวกมันเข้าด้วยกัน ความเครียดที่มหาศาลจึงสะสมในระบบ แทนที่จะถูกดูดซับ ความเครียดนี้ถูกถ่ายเทโดยตรงเข้าสู่บรรจุภัณฑ์ BGA และ PCB ซึ่งอาจทำให้เกิดความล้มเหลวอื่น ๆ เช่น พื้นผิว pad จับตัว หรือร้าวของdie ปัญหาแรงสั่นสะเทือนถูกแก้ไขโดยการสร้างปัญหาแรงเครียดทางความร้อน

ผู้พิทักษ์ที่ยืดหยุ่น: เข้าใจการเชื่อมมุมแบบ Elastomeric

การเชื่อมมุม, หรือที่เรียกว่าการเชื่อมขอบ, ใช้วิธีตรงกันข้าม แทนที่จะใช้ epoxy ที่แข็งและครอบคลุมเต็มที่ มันเกี่ยวข้องกับการวางเม็ดของกาวยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้ที่มุมทั้งสี่ของบรรจุภัณฑ์ BGA ซึ่งไม่ไหลใต้ชิ้นส่วน

วิธีการทำงาน: การดูดซับพลังงานที่ขอบ

แทนที่จะสร้างโครงสร้างแข็งตัวเดียว, การเชื่อมมุมทำหน้าที่เป็นชุดของแผ่นกันแรงกระแทก วัสดุที่ยืดหยุ่นช่วยลดพลังงานการสั่นสะเทือนและควบคุมความโค้งของแผ่น PCB เมื่อเทียบกับชิ้นส่วน แต่มิได้กำจัดมัน อนุญาตให้มีการเคลื่อนไหวเล็กน้อยที่ยอมได้ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญของประสิทธิภาพ โดยการยึดมุม มันลดแรงเครียดบนแถวด้านนอกของก้อนบัดกรี—ซึ่งมีความอ่อนแอที่สุดต่อความเมื่อยล้า—โดยไม่สร้างบล็อกโมโนลิธิกที่มีความเครียดสูงเช่นเดียวกับการอุดซิลิโคน

ข้อได้เปรียบเชิงปฏิบัติ: ความสามารถในการซ่อมบำรุงและการบรรเทาแรงกดดัน

ข้อดีสูงสุดของการเชื่อมมุมคือความเป็นอยู่แบบปฏิบัติ การซ่อมแซมไม่ยุ่งยากและไม่ทำลายล้าง สามารถตัดเชื่อมมุมอย่างระมัดระวัง เพื่อให้สามารถถอดและเปลี่ยนบรรจุภัณฑ์ BGA และเชื่อมใหม่ตามขั้นตอนมาตรฐาน ซึ่งรักษามูลค่าของแผ่นและทำให้การบริการภาคสนามเป็นไปได้

ลักษณะยืดหยุ่นของกาวยังเป็นไปตามข้อกำหนดอย่างสูงในระหว่างการหมุนรอบความร้อน เนื่องจากมันยืดหยุ่น มันดูดซับการขยายตัวและการหดตัวต่างกันระหว่าง BGA และ PCB สร้างความเครียดน้อยมาก มันป้องกันแรงสั่นสะเทือนโดยไม่เสี่ยงต่อความเสี่ยงทางกลและความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการอุดซิลิโคนแข็ง มันแก้ปัญหาหลักโดยไม่สร้างปัญหาที่สอง

ปัจจัยที่เป็นตัวตัดสินใจ: กรอบแนวคิดของเราในการเลือก

ในขณะที่การอุดซิลิโคนให้ความต้านทานการสั่นสะเทือนสูงสุด เรายังเชื่อว่าข้อเสียของมันทำให้เป็นมาตรการสุดโต่ง ไม่ใช่ทางเลือกเริ่มต้น

เมื่อไรที่จะยอมแพ้ต่อ Underfill: กรณีแคบสำหรับความแข็งตัว

ที่ PCBA Bester เราจองการเติมเนื้อเข้าไว้สำหรับกรณีเฉพาะ: BGAs ที่มีขนาดใหญ่มากและมีน้ำหนักมาก (โดยทั่วไปเกินกว่า 35 มม.) ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนรุนแรงและมีความถี่สูง เช่นในอวกาศ, กองทัพ, หรืออุปกรณ์อุตสาหกรรมหนัก โอกาสที่ความเหนื่อยล้าของบัดกรีจะสูงมากจนเกินกว่าความกังวลอื่น ๆ ทั้งหมด

สำคัญอย่างยิ่ง นี่เป็นกรณีที่ใช้ในงานที่การซ่อมแซมหรือค่าใช้จ่ายของความล้มเหลวในภาคสนามเดียวกันสูงมาก จนการเสียแผ่นเป็นความเสียหายที่ยอมรับได้ หากคุณกำลังออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ความล้มเหลวไม่ใช่ตัวเลือกและความสามารถในการบำรุงรักษาไม่ใช่ปัญหา การอุดซิลิโคนคือความชั่วร้ายที่จำเป็นของคุณ

ทำไม Corner-Bond ถึงเป็นคำแนะนำเริ่มต้นของเรา

สำหรับอิเล็กทรอนิกส์เชิงพาณิชย์ การแพทย์ และยานยนต์เป็นส่วนใหญ่ เรายืนยันอย่างแข็งขันในเรื่องการเชื่อมมุม มันให้การปรับปรุงอย่างมากในด้านความเชื่อถือได้ของการสั่นสะเทือนและการกระแทกเมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่ไม่ได้เสริมแรง — เพียงพอสำหรับทุกสภาพแวดล้อมยกเว้นที่รุนแรงที่สุด มันสามารถบรรลุความแข็งแกร่งนี้โดยไม่ลดทอนอนาคตของผลิตภัณฑ์

มันรักษาความสามารถในการซ่อมบำรุง ลดความซับซ้อนในการผลิต และหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของความเครียดทางความร้อนจากการอุดซิลิโคน มันปกป้องรอยบัดกรีโดยไม่สร้างสงครามกับฝ่ายบริการของคุณ มันคือทางเลือกเชิงปฏิบัติ

คำถามสำคัญเพื่อแนะนำการตัดสินใจของคุณ

เมื่อมีลูกค้านำปัญหานี้มาให้เรา เราแนะนำพวกเขาผ่านกระบวนการคิด ไม่ใช่แผนผังลำดับขั้น เริ่มจากอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ในภาคสนาม มีแนวทางการซ่อมและบำรุงรักษาหรือไม่ หรือเป็นหน่วยใช้แล้วทิ้ง หากต้องซ่อมแซม การเชื่อมมุมคือผู้เข้าแข่งขันทันที

ต่อไป เราวิเคราะห์สภาพแวดล้อมการทำงาน อะไรคือช่วงอุณหภูมิความร้อนที่แผ่นจะเผชิญในช่วงการหมุนรอบความร้อน? ในผลิตภัณฑ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ การยืดหยุ่นต่ำของการเชื่อมมุมยางพิเศษเสนอความน่าเชื่อถือที่แตกต่าง สุดท้าย เราวิเคราะห์ต้นทุนของความล้มเหลวเทียบกับต้นทุนการผลิต ควบคุมกระบวนการ เพิ่มเวลารอบ และต้นทุนวัสดุของการอุดซิลิโคนอาจเป็นสิ่งสำคัญและต้องได้รับการพิสูจน์ด้วยระดับความเสี่ยงที่การเชื่อมมุมไม่สามารถบรรเทาได้

นอกเหนือจากการเลือก: พิจารณากระบวนการและวัสดุ

การตัดสินใจของคุณมีผลโดยตรงต่อสายการประกอบ การเลือกวัสดุไม่ใช่แค่การตัดสินใจด้านการออกแบบ แต่มันคือกระบวนการผลิตที่คุณกำลังผูกมัดไว้

ความต้องการของ Underfill: การจ่าย การบ่ม และช่องว่าง

การติดตั้งแคปิลลารีอันเดอร์ฟิลเป็นงานที่ต้องใช้ความละเอียดและกระบวนการอย่างมาก มันต้องการการจ่ายที่อัตโนมัติและแม่นยำเพื่อให้แน่ใจว่าปริมาณวัสดุที่ใช้ถูกต้อง โปรแกรมการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเป็นการเพิ่มอุณหภูมิและเวลาที่เฉพาะเจาะจง เป็นสิ่งสำคัญต่อการสร้างคุณสมบัติของวัสดุ ความเสี่ยงที่ใหญ่ที่สุดคือการเกิดช่องว่าง ซึ่งอากาศที่ถูกกักขังกลายเป็นจุดศูนย์กลางความเครียดและจุดล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้น ซึ่งจะทำให้วัตถุประสงค์ของอันเดอร์ฟิลเป็นโมฆะ

ความเรียบง่ายของการเชื่อมมุม: การใช้งานและการตรวจสอบ

การเชื่อมมุมเป็นกระบวนการที่ให้อภัยมากกว่า มันสามารถนำไปใช้โดยอัตโนมัติหรือแม้แต่มือสำหรับต้นแบบ เนื่องจากการเชื่อมเป็นภายนอก การตรวจสอบจึงเป็นการตรวจสอบด้วยสายตา โปรแกรมการเร่งปฏิกิริยามักมีความยืดหยุ่นมากขึ้น และความเสี่ยงของข้อบกพร่องที่เกิดจากกระบวนการลดลงอย่างมาก กลยุทธ์เดียวกันของการเสริมแรงแบบยืดหยุ่นและเฉพาะจุดนี้สามารถใช้ได้ดีเท่า ๆ กันกับชิ้นส่วนขนาดใหญ่และแข็ง เช่น QFN หรือ ตัวเก็บประจุเซรามิก ซึ่งก็เสี่ยงต่อความล้มเหลวจากแรงสั่นสะเทือนเช่นกัน

โดยการเลือกวิธีที่ยืดหยุ่น เข้าใช้งานง่าย และซับซ้อนน้อยกว่าของการเชื่อมมุม คุณมักจะได้รับความน่าเชื่อถือที่คุณต้องการโดยไม่ทำลายอนาคตของผลิตภัณฑ์ของคุณ