Hiệu ứng bóng: Hiểu rõ các vấn đề về sự suy giảm hàn BGA

Ba từ. Lạnh. Đói. Chết.

Phần tồi tệ nhất: Tôi đã chứng kiến các đội ngũ chuyên nghiệp truy tìm “vấn đề kỹ thuật” trong hai tuần liên tiếp, trong khi nguyên nhân thực sự lại nằm trong công thức nướng - một điều chỉnh vùng trông vô hại đã tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ từ 15–25°C trên bảng mạch, khiến một góc BGA không bao giờ đạt được khoảng thời gian ướt ổn định, mặc dù nhật ký ghi “profile đã qua”. Bạn có đoán được góc nào nhận được nhiều phản hồi nhất không?

Và đúng vậy—tại sao lại như vậy? luôn luôn Xuất hiện trên danh sách “khách hàng duy nhất thực sự chụp X-quang mọi thứ”?

“Sự cạn kiệt hàn BGA” thực sự trông như thế nào trên một dây chuyền sản xuất thực tế

Sự cạn kiệt hàn BGA có nghĩa là mối hàn cuối cùng sẽ có Lượng hàn sử dụng ít hơn so với quy trình dự kiến., Vì vậy, quả bóng không thể co lại, kết dính và làm ướt miếng đệm trên toàn bộ mảng. Không phải lúc nào cũng là một tình huống rõ ràng. Thường là những tình huống phức tạp hơn:

• Mở ngắt quãng sau khi qua chu kỳ nhiệt.
• Cách tán tỉnh "đầu gối gối" (trông có vẻ liên quan, nhưng thực ra không phải)
• Quả bóng cạnh mở (hàng ngoài cùng bị hỏng trước tiên)
• Sự sụt lún không đều trên toàn bộ mảng (một bên bị sụt lún, bên kia “cao hơn”)

Người ta gọi nó bằng nhiều tên khác nhau—Hiện tượng thiếu hụt hàn BGA, Sự cạn kiệt của các hạt hàn, “Bí ẩn được hé lộ sau khi hàn lại.” Cùng một nỗi đau. Những lời chửi thề khác nhau.

Shadowing là kẻ trộm thầm lặng (và nó không quan tâm đến quy trình tiêu chuẩn của bạn)

Shadowing xảy ra khi Các khối nhiệt lớn hoặc các bộ phận cao cản trở quá trình truyền nhiệt. Do đó, một vùng cục bộ sẽ nóng lên chậm hơn so với phần còn lại của cụm linh kiện. Trong quá trình hàn chảy đối lưu, hiện tượng này không nghiêm trọng như trong hàn chảy bằng tia hồng ngoại (IR), nhưng vẫn xuất hiện dưới dạng các vùng lạnh - đặc biệt trên các bo mạch sử dụng công nghệ hỗn hợp: vỏ bảo vệ, đầu nối, bộ tản nhiệt, cuộn cảm lớn, hộp kim loại, tụ điện điện phân cao.

Dưới đây là những gì việc theo dõi thực tế mang lại:

• Thời gian kích hoạt dòng chảy trở nên bất thường (một số dòng chảy được kích hoạt, một số bị trễ).
• Các chất bay hơi không bay hơi đều (bắn tung tóe, chảy xệ hoặc hỗn hợp dạng bột “trượt”).
• Quá trình làm ướt bắt đầu từ phía nóng trước, và phía lạnh đến sau.
• Các bóng BGA không sụp đổ đều đặn, do đó bạn “mất” lượng hàn hiệu quả ở những vị trí cần thiết nhất.

Và nếu bạn sửa lại nó? Bạn có thể làm cho nó tệ hơn. Một nghiên cứu mở năm 2024 về quá trình hàn lại lặp đi lặp lại cho thấy hành vi sụp đổ của các hạt hàn BGA thay đổi như thế nào qua các chu kỳ hàn lại lặp đi lặp lại—tạm dịch: thói quen “chỉ cần hàn lại lần nữa” không phải là miễn phí. (PMC)

Sự thật phũ phàng: Hầu hết các trường hợp “cạn kiệt” đều là những thất bại chồng chất.

Tôi hiếm khi thấy một bằng chứng quyết định duy nhất. Thường thì đó là một loạt các bằng chứng chồng chất:

In ấn hơi mỏng. + Khu vực bị che bóng có nhiệt độ hơi lạnh. + Bảng cong vừa đủ. + Kiểm tra không xem xét bên dưới BGA..

Vậy nên các khớp nối… chỉ vừa đủ. Nó hoạt động. Sau đó, sự thay đổi nhiệt độ, rung động hoặc thời gian sẽ hoàn tất công việc.

Đó là lý do tại sao tôi khuyến khích các đội xử lý tình trạng hao mòn hàn BGA như một... vấn đề hệ thống, không phải là “vấn đề dán” hay “vấn đề lò nướng.”

Nếu bạn muốn có cái nhìn tổng quan về hệ thống, hãy bắt đầu với những kiến thức cơ bản về thiết kế đường ống và vòng điều khiển—đặc biệt là khi bạn đang xây dựng hoặc mở rộng hệ thống. Chúng tôi đã áp dụng cách tiếp cận đó vào hệ thống của mình. Giải pháp dây chuyền sản xuất SMT trọn gói Cách tiếp cận này là do lỗi không tồn tại trong một máy cụ thể. Nó tồn tại trong khoảng trống giữa các máy.

Nơi bóng tối len lỏi (những mô hình tôi liên tục nhìn thấy)

1) Bảng khối nhiệt hỗn hợp với cấu hình lười biếng

Phân tích “một bảng, một làn, trung tâm của bảng” là cách bạn sẽ bị bẽ mặt.

Bóng đổ là yếu tố vị trí. Nó ảnh hưởng đến luồng không khí, đường ray băng tải, hiệu ứng cạnh bảng mạch và khu vực xung quanh BGA.

Nếu bạn không sử dụng một thiết bị thật Máy phân tích nhiệt độ tái chảy với các cặp nhiệt điện được đặt trên bị che khuất Phía bên của khu vực BGA, bạn đang đoán thôi.

2) Công thức nướng lò được tối ưu hóa cho năng suất, không phải biên độ ẩm.

Đúng, bạn có thể chạy nhanh hơn. Không, bạn không thể chạy nhanh hơn. và Giữ nguyên biên độ thấm ướt trên một tấm ván có khối lượng lớn mà không cần bù đắp ở nơi khác.

Nhiệt độ đỉnh và thời gian trên điểm nóng chảy (TAL) không phải là “điều nên có”. Chúng là điều kiện biên. Ngay cả các tài liệu hướng dẫn của nhà cung cấp về lập hồ sơ tái chảy cũng nhấn mạnh việc duy trì trong giới hạn hồ sơ để đảm bảo độ tin cậy của gói sản phẩm. (ww1.microchip.com)

3) “Sự cạn kiệt” thực chất là thể tích bột + hiệu ứng bóng

Nếu thể tích keo thấp, hiện tượng bóng mờ sẽ chuyển từ “thấp” thành “không đủ”.”

Đây là nơi Dữ liệu SPI Ngừng là giấy tờ và bắt đầu trở thành một vũ khí. Một vũ khí mạnh mẽ. Hệ thống kiểm tra SMT Chiến lược (SPI trước khi đặt linh kiện + lấy mẫu X-quang sau khi hàn lại) phát hiện sớm các mẫu thiếu hụt.

4) Văn hóa sản xuất lại sản phẩm BGA cùng một loại hai lần (hoặc ba lần)

Mỗi chu kỳ hàn lại thêm đều làm tăng rủi ro. Các pad bị oxy hóa, cặn hàn thay đổi hành vi, các bóng hàn sụp đổ theo cách khác nhau và biên độ an toàn của bạn bị thu hẹp. Nghiên cứu về sự sụp đổ của BGA trong quá trình hàn lại lặp lại năm 2024 là một cách nói lịch sự trong học thuật để nhấn mạnh: “Đừng coi việc hàn lại thêm như một lần thử lại miễn phí.” (PMC)

Bản đồ chẩn đoán nhanh (sử dụng trước khi bạn bắt đầu đổ lỗi cho phần mềm)

Tại sao đây là vấn đề an toàn, không chỉ là vấn đề năng suất.

Nếu bạn cho rằng tôi đang phóng đại, các cơ quan quản lý không đồng ý với bạn.

Trong báo cáo Phần 573 tháng 10 năm 2023, Cục Quản lý An toàn Giao thông Đường bộ Hoa Kỳ (NHTSA) ghi nhận một đợt thu hồi liên quan đến một... Kết nối hàn bị thiếu Trên một kết nối PCB có thể gây ra tình trạng hoạt động không ổn định hoặc không hoạt động của hệ thống sưởi làm mát cabin, ảnh hưởng đến khả năng làm tan băng/sương mù. Đó là một mối hàn đơn lẻ có thể trở thành vấn đề an toàn của xe. (static.nhtsa.gov)

Và trong một tài liệu thu hồi khác của NHTSA liên quan đến sự cố camera lùi, vấn đề được mô tả như sau: Các mối hàn không đủ chặt Trên bo mạch in (PCB) của camera, tình trạng này có thể trở nên nghiêm trọng hơn theo thời gian — một lần nữa, độ bền của mối hàn có liên quan trực tiếp đến tuân thủ và hiệu suất an toàn. (static.nhtsa.gov)

Vậy nên, khi ai đó nói với bạn “đó chỉ là tình trạng thiếu hụt hàn nhẹ”, tôi không gật đầu nữa. Tôi hỏi điều gì sẽ xảy ra sau 18 tháng sử dụng trong thực tế.

Các giải pháp thực sự hiệu quả (và những giải pháp lãng phí thời gian của bạn)

Các bản sửa lỗi mà tôi tin tưởng

• Phân tích trường hợp xấu nhất, không phải trường hợp trung bình. Cảm biến nhiệt độ bóng râm. Điều kiện tải đầy đủ. Nhiều vị trí bảng mạch.
• Kiểm soát chênh lệch nhiệt độ (ΔT) trong khu vực xung quanh BGA. Bạn không cần sự hoàn hảo. Bạn cần tính lặp lại.
• Sử dụng ngưỡng SPI phù hợp với mức độ rủi ro của BGA. Đừng bỏ qua những mẫu in đẹp nếu khối lượng giao dịch đang ở mức thấp.
• Nhóm công thức theo lớp nhiệt của bảng. Một công thức nấu ăn chung cho lò nướng là một điều không thể.
• Hạn chế số lần thử lại tự động khi không có kết quả. Nếu nó đã thất bại một lần, hãy tìm hiểu nguyên nhân. Đừng thử lại và hy vọng.

Nếu bạn cần tăng cường kỷ luật quy trình, đào tạo chính thức sẽ mang lại hiệu quả hơn là tranh luận thêm trên sàn sản xuất. Đó là lý do tại sao chúng tôi khuyến khích Đào tạo và hỗ trợ sau bán hàng như một phần của gói quy trình—vì mẫu lỗi thường tái diễn khi ca làm việc thay đổi.

Các bản sửa lỗi mà tôi không tin tưởng (khi sử dụng riêng lẻ)

• “Thay đổi nhà cung cấp keo dán.” (Thỉnh thoảng có thể áp dụng. Thường là để đánh lạc hướng.)
• “Thêm nhiều đỉnh hơn.” (Chúc mừng, bạn vừa tạo ra nguy cơ biến dạng và rỗng.)
• “Giảm tốc độ mọi thứ.” (Hiệu suất giảm, nguyên nhân gốc rễ vẫn còn.)
• “AOI sẽ phát hiện ra nó.” (AOI không thể nhìn thấy dưới các BGA. Bạn đã biết điều này.)

In ấn + tái chế: Đừng đối xử với chúng như những người xa lạ.

Hiện tượng hao mòn hàn BGA xảy ra khi quá trình in và hàn lại không tương thích tốt.

Nếu quy trình in của bạn không ổn định, hãy bắt đầu bằng cách củng cố các yếu tố cơ bản và khả năng của máy in. Khi lựa chọn hoặc nâng cấp thiết bị, hãy xem xét toàn bộ hệ sinh thái in ấn—khuôn in, công cụ hỗ trợ, xử lý mực in và tính lặp lại—vì máy in chính là nơi nảy sinh vấn đề. Tổng quan của chúng tôi về Máy in keo hàn Các tùy chọn là một điểm khởi đầu hợp lý cho cuộc trò chuyện đó.

Sau đó, kiểm tra phía lò nướng bằng thiết bị có khả năng duy trì độ ổn định của cấu hình sản phẩm trong suốt quá trình sản xuất. Nếu bạn đang xem xét các tùy chọn lò nướng, đây chính là lúc cần chọn đúng. Lò nung chảy Việc tuân thủ quy trình cấu hình và bảo trì quan trọng hơn sự trung thành với thương hiệu.

Câu hỏi thường gặp

BGA hàn cạn là gì?

Sự suy giảm hàn BGA là tình trạng trong đó mối hàn BGA được hình thành với lượng hàn ít hiệu quả hơn so với yêu cầu của quy trình, thường do nhiệt độ không đều, lượng keo hàn không đủ hoặc hàn di chuyển trong quá trình tái hàn, khiến một số phần của mảng bị ướt không đều và yếu về mặt cơ học, ngay cả khi lắp ráp trông bình thường từ mặt trên. Trên thực tế, tình trạng này thể hiện qua sự sụp đổ không đều, các điểm hàn ở mép bị hở hoặc các sự cố ngắt quãng sau khi chịu stress nhiệt, đặc biệt khi bóng râm tạo ra các vùng lạnh.

Nguyên nhân gây ra hiện tượng hao mòn hàn BGA trong quá trình hàn lại là gì?

Sự suy giảm hàn BGA trong quá trình hàn lại thường do sự không khớp giữa thể tích keo hàn, thời gian kích hoạt chất trợ hàn và hồ sơ nhiệt, nơi bóng râm từ các linh kiện có khối lượng lớn hoặc cao tạo ra các điểm lạnh cục bộ làm chậm quá trình thấm ướt và giảm sự sụp đổ đồng đều của các hạt hàn trên mảng. Nếu SPI cho thấy thể tích ở mức giới hạn và hồ sơ nhiệt cho thấy ΔT trong khu vực xung quanh BGA, bạn đã tìm thấy cặp nguyên nhân thông thường.

Hiệu ứng bóng BGA là gì?

Hiệu ứng che khuất BGA là sự giảm tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ đỉnh cục bộ gần vị trí BGA do các linh kiện, tấm chắn hoặc bộ tản nhiệt gần đó làm gián đoạn quá trình truyền nhiệt đối lưu hoặc bức xạ, tạo ra một vùng lạnh hơn so với phần còn lại của bảng mạch trong quá trình ngâm và hàn lại. Sự chậm trễ này làm thay đổi hành vi của chất hàn và thời gian thấm ướt, đó là lý do tại sao bạn thấy các điểm hở một bên hoặc nghiêng về góc.

Làm thế nào để ngăn chặn sự cạn kiệt của hàn BGA?

Ngăn ngừa sự cạn kiệt hàn BGA có nghĩa là tạo đủ biên độ quy trình để mỗi quả hàn BGA đạt được cửa sổ ướt ổn định, điều này đòi hỏi phải kiểm soát thể tích bột hàn (giới hạn SPI), giảm thiểu gradient nhiệt bằng cách lập hồ sơ trong điều kiện xấu nhất và sử dụng công thức lò nung phù hợp với lớp nhiệt của bảng mạch thay vì một thiết lập chung cho tất cả. Bắt đầu bằng việc kiểm soát thể tích bột hàn, sau đó lập hồ sơ mặt bóng trong điều kiện tải tối đa.

Làm thế nào để khắc phục tình trạng thiếu hụt hàn BGA sau khi nó xảy ra?

Khắc phục tình trạng thiếu hụt hàn BGA có nghĩa là khôi phục quá trình hình thành mối hàn đầy đủ trên toàn bộ mảng bằng cách giải quyết nguyên nhân gốc rễ (thể tích in và hồ sơ tái hàn) sau đó tiến hành sửa chữa các cụm linh kiện bị ảnh hưởng bằng các phương pháp kiểm soát, vì việc tái hàn lặp đi lặp lại mà không kiểm soát có thể làm thay đổi hành vi sụp đổ và giảm biên độ tin cậy theo thời gian. (PMCNếu sự cố do hiện tượng bóng mờ gây ra, việc điều chỉnh cấu hình kết hợp với quá trình sửa chữa có kiểm soát (không phải là “nướng lại nhanh”) là phương án an toàn hơn.

Làm thế nào để phát hiện sự cạn kiệt của keo hàn dưới một BGA trước khi hàn lại?

Phát hiện sự cạn kiệt của keo hàn dưới BGA trước khi hàn lại có nghĩa là đo thể tích và diện tích của lớp keo hàn bằng SPI so với các ngưỡng phản ánh rủi ro của BGA, vì kiểm tra bằng mắt thường và AOI không thể đánh giá đáng tin cậy lượng keo hàn cần thiết để hỗ trợ sự sụp đổ đồng đều của các bóng hàn trong quá trình hàn lại. Nếu bạn không có SPI, bạn thực chất đang làm việc mù quáng với nguyên nhân phổ biến nhất gây ra sự cạn kiệt keo hàn.

Kết luận

Nếu bạn thấy hiện tượng hao mòn hàn BGA “di chuyển” theo vị trí bảng mạch hoặc sự thay đổi trong hỗn hợp sản phẩm, tôi dám cá là do hiện tượng bóng mờ kết hợp với lớp hàn mỏng, chứ không phải do may rủi. Hãy chia sẻ thông tin về lớp nhiệt của bảng mạch, khoảng cách chân (0.4/0.5/0.8 mm), hợp kim (SAC305 hoặc tương tự), và các mục tiêu hồ sơ hàn hiện tại của bạn, và chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn nên đo lường gì trước tiên. Sử dụng Trang liên hệ của chúng tôi và bao gồm một hình ảnh X-quang cùng với lần chạy profiler gần nhất của bạn.