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Come Realizzare una Buona Sfera di Saldatura per PCB

Informazioni Sfera di Saldatura per PCB, Una palla di saldatura è un blocco di saldatura utile a collegare un insieme di chip e un PCB. Puoi inoltre utilizzare schede di saldatura per collegare contenitori impilati in pannelli multi-chip.

Esse possono essere montate su circuiti stampati in maniera manuale o tramite apparecchiature automatizzate. Il loro posizionamento è normalmente sostenuto da un flusso colloso.

Tuttavia, le sfere di saldatura costituiscono un’arma a doppio taglio, dal momento che sono anche il difetto più comune che svaluta i processi di assemblaggio SMT. Una sfera di saldatura posizionata entro 0,13 mm dalle tracce o che risulta più larga di 0,13 mm di diametro viola il principio della spaziatura elettrica minimo.

Gli errori che possono condurre una sfera di saldatura a provocare delle anomalie in un PCB assemblato sono innumerevoli. Secondo l’IPC, le sfere di saldatura non causano difetti fintanto che sono tenute stabilmente in posizione. Questo articolo esamina il buono, il brutto e il cattivo delle sfere di saldatura.

1、Cosa si Intende per Sfera di Saldatura?

Le sfere di saldatura sono anche note come bump di saldatura o palla di saldatura, a causa della loro geometria. Una sfera di saldatura è un pezzo di saldatura sferico impiegato per congiungere i pacchetti di chip al PCB.

Le sfere di saldatura vengono generate per mezzo di processi sequenziali di flusso / raffreddamento o riflusso . Dopo esser passate attraverso questi procedimenti, vengono quindi sgrassate e catalogate.

Puoi accrescere l’affidabilità del contatto di una sfera di saldatura appiattendone la forma come una moneta. Definiamo una sfera di saldatura di questo tipo come una sfera di saldatura a moneta.

Quando le Sfere di Saldatura sono La Cattiva Notizia per I PCB

Una sfera di saldatura può anche essere responsabile di difetti in un PCB. Possono compromettere l’affidabilità elettrica di un PCB elettronico. Le sfere di saldatura entro 0,13 mm dalle tracce o con un diametro maggiore di 0,13 mm violano il principio della spaziatura elettrica minima.

Lo standard IPC A 610 stabilisce che anche le schede di saldatura con un diametro <= 0,13 mm possono essere caratterizzate da anomalie, che si riscontrano quando cinque sfere di saldatura con il diametro stabilito vengono posizionate con 100 mm ^ 2.

Puoi plasmare involontariamente sfere di saldatura dannose durante il riflusso automatico, così come durante la saldatura manuale. Quando la sfera di saldatura non risulta deformata nel residuo non pulito o nel rivestimento conforme, diventa un tormento.

Ciò nonostante, potrebbe essere tortuoso precisare se la sfera è intrappolata in un residuo non pulito o in un rivestimento conforme. Tuttavia, un modo comune e attendibile che puoi adoperare per determinarlo è spazzarlo con il pennello.

Se rimane in posizione dopo averlo spolverato con un pennello, non causerà alcun difetto. Questo è il punto di vista dell’IPC.

Esistono altri sistemi per risolvere i problemi legati ad una sfera di saldatura problematica. Il metodo di risoluzione dei problemi più efficiente cerca per prima cosa di individuare la fase ove si verifica la palla di saldatura indesiderata.

La sfera di saldatura difettosa può verificarsi durante il processo di stampa, il metodo pick-and-place o il processo di riflusso.

Le sfere di saldatura sono parte integrante della maggior parte dei prodotti elettronici di consumo. Tuttavia, poiché i consumatori sono alla ricerca di elettronica sempre più intelligente, potente e portatile, è divenuto sempre più avverso farlo bene con le schede di saldatura.

Tuttavia, le sfere di saldatura rimangono uno dei componenti più articolati e delicati dei circuiti elettrici. Il loro impiego richiede un alto grado di scrupolosità.

Vuoi saperne di più su quale sia il modo migliore per impiegare le sfere di saldatura? Continua a leggere.

Sfera di Saldatura per PCB

2、Sfera di Saldatura per PCB – Saldatura Valvola a Sfera

Una valvola a sfera può fungere da connettore tra più chip in un PCB. Può servire per regolare il flusso di elettroni e segnali tra i vari strati della pila.

Le valvole a sfera sono il più delle volte contenute in un Ball Grid Array (BGA). Un BGA di solito offre una maggiore interconnessione rispetto a un doppio pacchetto in linea o piatto.

Come Saldare una Valvola a Sfera

Il metodo descritto in questo paragrafo ruota attorno al posizionamento di valvole a sfera da saldare su confezioni BGA mediante l’uso di uno strumento di raccolta della sfera. L’obiettivo primario è formare un’array di sfere di saldatura su un substrato.

Utilizzerai questo substrato per interconnettere i siti conduttivi su altri substrati.

Per implementare questo metodo, avrai bisogno di uno strumento per rastrellare la sfera. Tale strumento di raccolta utilizza l’aspirazione del vuoto per raccogliere le sfere di saldatura da un serbatoio di sfere fluidizzato. Ciò implica che è necessario un serbatoio di sfere di saldatura che contenga una raccolta di sfere prefabbruicata.

Il serbatoio dovrebbe anche venire con agenti di attaccamento. Ciò implica anche che hai bisogno di almeno un aspirapolvere. Ciò significa anche che è necessaria almeno una fonte di vuoto per fornire all’orifizio dello strumento la potenza di aspirazione.Lo strumento di aspirazione ha almeno un’ apertura per estrarre uno strumento di saldatura prefabbricato. Inoltre viene fornito con una sfera collegata a una fonte di vuoto e una fonte di pressione, controllabili.

Lo strumento eroga un getto di gas per introdurre le sfere di saldatura raccolte nei siti conduttivi di un substrato.

In un’altra disposizione della tecnologia, i pad del substrato sono collocati in un serbatoio di sfere fluidizzato. Il rivestimento viene applicato con un flusso o adesivo che attrae e si lega con le sfere di saldatura nel pool.

Comunque, vuoi saperne di più sui modi migliori per servirti delle sfere di saldatura? Lo scoprirai nel prossimo capitolo.

Saldatura manuale

3、Come Produrre una Sfera di Saldatura?

Uno dei metodi di realizzazione delle sfere di saldatura più antichi e abbondantemente utilizzati è il design a 3 aperture. In questa procedura si parte acquisendo prima una lega saldante solida, preferibilmente uno Sn63Pb37 oppure una saldatura senza piombo.

Forgia la lega di saldatura in un filo o un foglio di saldatura. Nel primo caso, taglia il filo in piccoli frammenti, mentre per un foglio di saldatura, rimuovi i granelli. Ritaglia frammenti ed estremità in misure che produrranno in maniera fedele il volume di una sfera di saldatura con un diametro di 2 mm.

Quindi, posiziona i frammenti e i granelli in una colonna di olio caldo per scioglierli. La sezione superiore della colonna di greggio rovente dovrebbe avere una temperatura superiore al punto di fusione. Al contrario, la temperatura della sezione inferiore dovrebbe essere inferiore al punto di fusione.

Otterrai le sfere di saldatura desiderate nel momento in cui i frammenti e i granelli nella colonna di olio caldo si sciolgono. Successivamente, raffredda le sfere in un liquido viscoso.

Nota bene che la presenza di ossidi nella colonna può deformare la forma sferica delle sfere.

Tuttavia, per evitare che ciò accada, puoi collocare un velo di flusso sulla colonna.

Questo metodo è assai efficiente e conveniente. Con questo metodo, puoi produrre fino a 7.000 sfere di saldatura di alta qualità al secondo in qualsiasi apertura. Ciò nondimeno, la tecnica ha anche i suoi svantaggi.

Per i principianti, la tecnica può essere piena di contaminazioni e risultare confusionaria. Ciascuna delle sfere avrà un peso differente, sebbene tu abbia la possibilità di misurare i loro valori. Inoltre, è quasi impraticabile ottenere sfere con una tolleranza dell’1,5%.

L’importanza della Confezione sulla Sfera di Saldatura Plasmata

Come notato sopra, la presenza di ossidi può deformare la forma della sfera di saldatura. Un modo per impedire l’ossidazione delle sfere di saldatura è tramite l’imballaggio.

L’imballaggio, difatti, non solo può bloccare la rimozione dell’ossigeno, ma può anche estendere la durata di conservazione delle sfere di saldatura anche oltre la data di scadenza.

Vuoi saperne di più su come evitare schede di saldatura difettose? Il prossimo capitolo ti darà le risposte che cerchi.

Crea manualmente palline di saldatura

4、Cosa Genera le Sfere di Saldatura Durante la Saldatura Manuale?

Di seguito alcune delle cause che portano a sfere di saldatura.

Sfera di Saldatura per PCB – Umidità

La presenza di umidità nella pasta saldante può far scoppiare le sfere saldanti durante il riflusso. L’acqua penetra nella pasta saldante durante la refrigerazione.

Se la pasta non raggiunge la temperatura ambiente dopo averla tolta dal frigorifero, assorbirà l’umidità. Tuttavia, puoi rimuovere l’acqua tramite la cottura.

Circuito Stampato

La scheda stessa può generare sfere di saldatura indesiderate durante la saldatura a mano. Aria, umidità o alcol impiegati per pulire la scheda possono far sì che la scheda generi sfere di saldatura indesiderate.

Tali agenti contaminanti possono inserirsi tra gli strati, vie aperte e fori passanti di una scheda con placcatura crepata o incompleta. Inoltre, quando la scheda subisce il riscaldamento in riflusso, tali contaminanti vengono espulsi. La loro improvvisa fuga esplode gas in tutte le direzioni e di conseguenza spara liquido per saldatura su tutta la linea. I gas della pasta di flusso possono anche produrre questo effetto se fuoriescono dalle sezioni del pannello vicine in prossimità della superficie.

Se la tua scheda ammette contaminanti attraverso bordi aperti, crepe e fori passanti, non c’è molta speranza. Molto probabilmente dovrai rifare la scheda, poiché non riuscirai a far evaporare l’aria intrappolata.

Se i gas di pasta sgorgano da sotto la scheda, puoi risolvere il problema moderando la quantità di pasta, oppure riducendo al minimo la quantità di sostanze volatili nella pasta.

Stencil macchiati

Potrebbe accadere che il tuo stencil depositi pasta saldante in modo selettivo. In tal caso devi assicurarti che il processo di pulizia sotto lo stencil che si utilizza sia efficace e completo.

È possibile che tu stia utilizzando un rotolo per pulire inappropriato sotto lo stencil, ad esempio se è troppo spesso. Lo spessore inadeguato della registrazione può far sì che le sfere si diffondano sul lato inferiore dello stencil. Inoltre, quando alla fine usi lo stencil su un PCB, le sfere extra si depositano sulla scheda.

Formulazione Inappropriata della Pasta Saldante

Le paste saldanti elaborate in maniera scorretta possono esplodere durante il riflusso di calore e soffiare le saldature liquide in modo accidentale su tutta la scheda. I materiali volatili costituiscono normalmente le cause più probabili dell’esplosione.

In tali casi, è possibile prevenire queste esplosioni diminuendo la velocità della rampa di preriscaldamento. Ciò permette al materiale volatile di essere espulso senza degassamento improvviso. Tuttavia, è necessario assicurarsi di preriscaldare piuttosto lentamente.

La Migliore Tecnica di Risoluzione dei Problemi per le Sfere di Saldatura che Si Manifestano Durante la Saldatura Manuale

Il modo migliore per individuare le cause che portano alla formazione di sfere di saldatura durante la saldatura manuale è testare più prodotti. Lo scopo è constatare se il difetto si verifica in alcuni tipi di PCB. Esegui varie schede con la stessa pasta saldante e la stessa attrezzatura affinché tu possa identificare le variabili esatte da cui ha avuto origine il malfunzionamento.

Nel prossimo capitolo, approfondiremo l’affidabilità delle sfere di saldatura e le tecniche di risoluzione dei problemi da poter impiegare.

Sfera di Saldatura per PCB

5、L’Affidabilità del Giunto Sferico di Saldatura

Al fine di mostrare gli effetti dello spessore della pellicola Pd sull’affidabilità del giunto sferico di saldatura sono stati condotti diversi studi. L’oggetto del sondaggio stava nella placcatura Ni / Pd / Au senza elettricità su un giunto sferico Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305). Lo studio si è servito di un test di taglio con sfere di saldatura.

Dopo più cicli di rifusione, lo spessore della pellicola di Pd tra 0,05-0,02 micron è risultato ottimale per l’affidabilità del giunto di saldatura. Gli studi hanno anche dimostrato che i giunti sferici sono più affidabili se utilizzano elettrodi spessi 0,02 micron.

Questo risultato è persino migliore di quello ottenuto tramite la placcatura Ni / Au per elettrolisi.

Lo studio mostra anche che la forma e lo spessore dei composti intermetallici (IMC) definiscono l’affidabilità di una sfera di saldatura. In particolare, il grado di adesione allo strato dendritico dell’interfaccia IMC / saldatura ha condizionato infinitamente l’affidabilità di una sfera di saldatura.

È stato anche dimostrato che (Cu, Ni, Pd) 6Sn5 IMC che contenevano quantità minime di Pd producono una straordinaria affidabilità del giunto sferico per saldatura, per lo più per il Pd che ha inibito la crescita di IMC.

Vuoi analizzare ancor più in profondità i problemi che minano l’affidabilità delle sfere di saldatura? Continua con la lettura.

6、Problematiche e Difetti

Lo standard IPC A 610 decreta che cinque sfere di saldatura con diametri <= 0,13 mm non devono essere posizionate entro 100 mm ^ 2. Tuttavia, questo non è l’unico motivo da cui dipende una sfera di saldatura difettosa.

La saldatura potrebbe scorrere su una traccia umida a causa di uno inadeguato rivestimento resistente. Uno strato inattendibile potrebbe non fare presa sul rivestimento di stagno / piombo di una traccia. Il rivestimento può anche danneggiarsi a causa di uno scarso controllo dello spessore di stampa. Sarebbe fondamentale che facessi molta attenzione durante la rimozione delle sfere di saldatura risultanti dal rivestimento a bassa resistenza indotto dall’umidità. Così facendo potresti facilmente danneggiare la traccia.

Saldatura a Onda

Possono generarsi sfere di saldatura accidentali a causa del rigetto dell’onda. Tale difetto è pertanto legato chiaramente ai parametri di saldatura ad onda. La separazione della serratura può essere favorita dal posizionamento della saldatura nella distanza dalle tracce.

In tal caso, la lega per saldatura potrebbe rimbalzare sul bagno.

Inoltre, se si imposta il preriscaldamento in modo inesatto, o si accresce la quantità di flusso in modo inadeguato, ciò potrebbe generare una sfera di saldatura. In questo caso, il solvente fuoriesce dal flusso in modo difettoso.

Puoi riconoscere questo problema posizionando una lastra di vetro sopra l’onda. Dovresti vedere delle bolle sul fondo del bicchiere quando il vetro entra in contatto con l’onda. Meno bolle trovi, meglio è.

Dovrai anche confermare che la resistenza e il flusso siano conciliabili.

Esplosione di Materiali Volatili

Il verificarsi di giunti di saldatura accidentali può anche essere provocato da esplosioni causate dai residui volatili nel flusso. Puoi risolvere questo problema collocando un pezzo di carta bianca sopra l’onda, lasciandolo lì mentre essa scorre.

Sarebbe utile se non sviluppassi la scheda mentre lo fai per la prima volta. Successivamente, fai scorrere la scheda attraverso la macchina mentre il pezzo di carta bianca rimane al suo posto. Molto probabilmente individuerai il colpevole da lì.

In Sintesi

Vi sono molti motivi che possono condurre a schede di saldatura difettose. Di seguito è riportato un riepilogo delle cause più comuni:

La carenza di maschere di saldatura tra i pad adiacenti.

Temperatura di preriscaldamento non è sufficientemente alta da attivare il flusso.

La mancanza di spazio adeguato tra pad adiacenti.

Posizionamento scorretto degli elementi su un circuito stampato.

Residui di saldatura lasciati sulle superfici e sui pad del PCB.

Pasta saldante espulsa per la pressione troppo alta durante il posizionamento.

L’uso di pasta in eccesso e il verificarsi di cedimenti della pasta.

Uno stencil sporco imbrattato di pasta saldante sul lato inferiore.

Disallineamento della pasta saldante durante la stampa.

Le Tecniche Migliori di Risoluzione dei Problemi

1.Assicurarsi che il mat e il modello siano compatibili e che le dimensioni siano corrette.

2. Pulire gli stencil il più velocemente e accuratamente possibile.

3. Regolare la pressione di stampa della pasta saldante.

4. Rimuovere lo spazio tra il PCB e lo stencil.

5.Utilizzare un’altra maschera di saldatura tra i pad.

6. Regolare la pressione per scegliere e posizionare l’ugello.

7. Separare il nuovo cavo dal vecchio.

PCB

7、Conclusioni

Un modo per assicurarti di fare le cose per bene è fare uso di strumenti di osservazione di alto livello. Controlla, per mezzo di un microscopio o una radiografia, qualsiasi punto ove venga impiegata una pasta saldante durante ciascun processo.

Indipendentemente dal tipo di componenti installati e dal PCB o dal fatto che serva o meno pulire il pannello, puoi impiegare questi strumenti per osservare. Tuttavia, così facendo e facendo uso anche le informazioni riportate nella presente guida, farai il miglior uso delle schede di saldatura.

Tuttavia, dovresti essere in grado di ottenere assistenza dal tuo produttore. Comunque, devi anche assicurarti che l’assistenza tecnica che stai ricevendo dal tuo produttore provenga da un tecnico esperto. Non tutti i rappresentanti del tuo produttore sono abbastanza informati sulle caratteristiche dell’elettronica del tuo PCB.

Tuttavia, abbiamo una salda storia e una vasta esperienza con sfere di saldatura e PCB. Oggi hai la possibilità di attingere alla nostra riserva di conoscenze approfondite sui processi SMT.

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