При монтаже печатных плат в паяных соединениях корпусов типа BGA можно выделить следующие типы пустот:
- макропустоты;
- планарные микропустоты;
- усадочные микропустоты;
- пустоты в микропереходных отверстиях;
- пустоты типа булавочных наколов;
- киркендалловы пустоты.
Макропустоты
Макропустоты встречаются в паяных соединениях чаще всего. Причина их возникновения — газовыделения из флюса паяльной пасты во время пайки. Как правило, они не влияют на надежность паяных соединений, если не располагаются по границам раздела контактных площадок и выводов, вдоль которых обычно распространяются трещины. Типичный их размер составляет 100-300 мкм. Это единственный тип пустот, для которых стандарт на критерии качества электронных сборок IPC-A-610D устанавливает максимально допустимый размер — 25% от площади паяного соединения.
Планарные микропустоты
Планарные микропустоты, или так называемые «пузырьки шампанского» представляют собой серию небольших пустот, располагающихся приблизительно в одной плоскости на поверхности раздела между контактными площадками (КП) платы и припоем. Обычно они возникают в случае применения контактных площадок типа SMD (ограниченных паяльной маской). Согласно одной из гипотез, к возникновению пустот этого типа приводят каверны меди на контактных площадках под слоем финишного покрытия иммерсионным серебром (ImAg). Эти пустоты не влияют на первоначальное качество изделия, но могут привести к снижению долговременной надежности паяных соединений. Их можно устранить путем строгого соблюдения составов всех применяемых при нанесении покрытий ImAg растворов и травителей, а также непрерывного контроля других критических параметров процесса нанесения финишных покрытий на поверхность плат.
Усадочные пустоты
Усадочные пустоты вызывает усадка при затвердевании, в основном, сплавов олова, серебра и меди (SAC) и других бессвинцовых припоев. Они обычно не возникают вблизи поверхности контакта припоя с площадками платы и не ухудшают надежность паяных соединений. Появление усадочных пустот можно свести к минимуму, увеличив скорость охлаждения после пайки. Следует также избегать возмущающих воздействий на паяные соединения во время затвердевания (например, вибрации конвейера). Несмотря на то, что они выглядят как трещины, трещинами они не являются и на надежность паяных соединений не влияют.
Пустоты в микропереходных отверстиях
Такие пустоты обусловлены наличием микропереходов в контактных площадках платы. Крупные пустоты в микропереходах в случае их появления в паяных соединениях, расположенных в высоконагруженных областях корпуса, могут повлиять на надежность соединений. Уменьшить до минимума образование пустот этого типа можно, закрывая отверстия микропереходов финишным покрытием или полностью заполняя их паяльной пастой, выполнив трафаретную печать в два прохода.
Пустоты типа «булавочный накол»
Эти пустоты могут повлиять на надежность паяных соединений, так как располагаются внутри или сразу над слоем интерметаллидов. Они появляются вследствие того, что реактивы, попавшие в наколы на медных контактных площадках платы при ее изготовлении, испаряются в процессе пайки оплавлением. Наколы возникают из-за отклонений в технологическом процессе нанесения меди у производителя плат. Они могут быть устранены за счет современных систем контроля процесса нанесения медных покрытий.
Киркендалловы микропустоты
Киркендалловы микропустоты возникают в интерметаллических соединениях, образующихся между медью и припоями с высоким содержанием олова, включая SAC и оловянно-свинцовые припои. Микропустоты этого типа формируются не сразу после процесса пайки, а после высокотемпературного старения или во время термоциклирования паяных соединений. Их название связано с эффектом Киркендалла — смещение границы раздела двух веществ вследствие различия диффузионных потоков одного вещества в другое. При этом из-за разности этих потоков вблизи границы раздела возникает пористость. Пустоты этого типа не могут быть обнаружены с помощью рентгеновского контроля. Они могут влиять на надежность паяных соединений, особенно при разрушении хрупкого слоя интерметаллидов при падении или механическом ударе. Один из способов уменьшения числа киркендалловых микропустот — легирование припоя определенными элементами, в частности, цинком.
По материалам из журнала «Печатный монтаж», №2, 2010
Еще статьи о дефектах пайки: