El cráter de la almohadilla es una fractura inducida mecánicamente en la resina entre la lámina de cobre y la capa más externa de fibra de vidrio de una placa de circuito impreso (PCB). Puede estar dentro de la resina o en la interfaz de resina a fibra de vidrio.
La almohadilla permanece conectada al componente (generalmente un Ball Grid Array , BGA) y deja un "cráter" en la superficie de la placa de circuito impreso.
Descripción general
La formación de cráteres de la almohadilla ocurre con mayor frecuencia durante eventos mecánicos dinámicos, como golpes mecánicos o flexión de la placa debido a la prueba en el circuito (ICT), la eliminación de paneles de la placa o la inserción del conector. [1] Sin embargo, también se sabe que la formación de cráteres en las almohadillas se produce durante el choque térmico o incluso los ciclos térmicos . La susceptibilidad a la formación de cráteres de la almohadilla puede verse afectada por varios factores, tales como: espesor de PCB, propiedades del material laminado de PCB, tamaño y rigidez de los componentes, ubicación de los componentes y selección de la aleación de soldadura, entre otros factores. [2] [3] [4]
Pruebas
IPC-9708 proporciona tres métodos de prueba para caracterizar la formación de cráteres de la almohadilla de un componente y PCBA: prueba de tracción de pasador, tracción de bola y cizallamiento de bola. [5] En la prueba de tracción del pasador, se suelda un pasador a las almohadillas y se tira hasta que se fractura. Es una prueba útil para todas las geometrías de las almohadillas y es sensible al diseño y los materiales de la tabla. La prueba de tracción de bola está diseñada específicamente para componentes BGA y tiene una gran sensibilidad a la aleación de soldadura y la formación de juntas. La prueba de corte de bola también se especifica para componentes BGA e implica cortar las bolas de soldadura del BGA. Esta prueba suele ser la más conveniente, pero es menos sensible al diseño y al material en comparación con la prueba de tracción de la bola. [6] Aunque IPC-9708 especifica procedimientos para cada tipo de prueba, el desafío es que no se define ningún criterio estándar de pasa / falla. Esto se considera específico de la aplicación y el usuario debe definirlo en función de sus requisitos de diseño, entorno y confiabilidad.
Otro método de prueba aplicable es IPC / JEDEC-9702, que es un método de prueba de flexión monótona que se utiliza para caracterizar las interconexiones a nivel de placa. [7] Esto puede ser relevante para la formación de cráteres de la plataforma resultante de la flexión de la tabla, sin embargo, este método de prueba es más amplio y no se centra específicamente en los modos de falla de la formación de cráteres de la plataforma.
Las pruebas de confiabilidad a nivel de placa son un enfoque común para evaluar la confiabilidad del producto. La realización de pruebas de ciclos de temperatura, caída / choque mecánico y vibración es una buena manera de evaluar la formación de cráteres de la almohadilla. Sin embargo, similar a IPC / JEDEC-9702, esto puede ser costoso y costoso y no se enfoca específicamente en los modos de falla de cráteres de la almohadilla. [8]
Análisis de detección y fallas
Los cráteres de la almohadilla pueden ser difíciles de detectar durante las pruebas funcionales. Este es especialmente el caso de grietas pequeñas o parciales que pueden escapar a las pruebas y causar fallas de campo latentes. [9] Incluso si se identifica la falla de un componente, diagnosticar el modo de falla como formación de cráteres en la almohadilla puede ser difícil. Las pruebas no destructivas convencionales y las técnicas de análisis de fallas , como la inspección visual y la microscopía de rayos X, pueden no detectar el problema. La caracterización eléctrica es un ejemplo de una técnica no destructiva que puede ser útil, sin embargo, esta puede no detectar una anomalía si solo hay un agrietamiento parcial.
Por lo general, la formación de cráteres en las almohadillas se detecta o confirma mediante pruebas destructivas y análisis de fallas, tales como tinte y palanca, emisiones acústicas, [10] cortes transversales y microscopía electrónica de barrido .
Mitigación
Hay varias técnicas de mitigación que pueden usarse para reducir el riesgo de formación de cráteres en la almohadilla. El método o métodos apropiados a menudo se rigen por limitaciones de recursos y de diseño.
Limitación de la flexión de la tabla: si la formación de cráteres se debe a una sobrecarga mecánica, limitar la flexión de la tabla suele ser la mejor técnica de mitigación. [1] [9] [4]
Simulación: el modelado y la simulación pueden ayudar a evitar proactivamente fallas en la formación de cráteres. [1] [6] Los ejemplos relevantes incluyen fallas de las TIC o productos con potencial para grandes eventos de choque (es decir, dispositivos electrónicos portátiles). El análisis de elementos finitos se puede realizar utilizando un enfoque de física de fallas para determinar el riesgo de sobrecarga y formación de cráteres en la almohadilla. Este enfoque proactivo puede evaluar rápidamente múltiples diseños desde el principio, evitando potencialmente cambios de diseño costosos o costos de garantía más adelante.
Relleno inferior, unión de bordes y replanteo de esquinas: se pueden agregar epoxis y materiales de relleno inferior para proporcionar soporte mecánico y reducir la tensión de la placa y la soldadura durante la flexión. Esto es más común en los casos en que la selección de componentes y el diseño de PCBA son fijos. Existen diferencias entre cada técnica, lo que hace que la comprensión adecuada del entorno y la aplicación sea importante. [4]
Aleación de soldadura: la selección de la aleación de soldadura puede afectar la susceptibilidad a la formación de cráteres de la almohadilla. Normalmente, la formación de cráteres de la almohadilla se considera un evento de alta tasa de deformación con fluencia mínima , sin embargo, todavía existe la posibilidad de plasticidad en la soldadura. Las soldaduras más compatibles o aquellas con puntos de fluencia más bajos reducirán el potencial de formación de cráteres de la almohadilla al proporcionar una carga compartida adicional.
Espesor de la placa y material laminado: El grosor de la placa y las propiedades del material laminado, como el módulo de Young y el coeficiente de expansión térmica (CTE), afectarán la susceptibilidad a la formación de cráteres de la almohadilla.
Rediseño de la placa: si persiste la formación de cráteres en la plataforma, es posible que se requiera un rediseño. Esto podría incluir cambiar la ubicación del componente o ajustar entre las almohadillas definidas por máscara de soldadura (SMD) y las almohadillas definidas por máscara sin soldadura (NSMD).
Imágenes de cráteres de almohadillas
Almohadilla BGA y bola de soldadura que presentan cráteres en la almohadilla.
enlaces externos
Puede encontrar información adicional sobre la formación de cráteres en las placas de circuito impreso en los siguientes enlaces:
- http://www.smtnet.com/Forums/index.cfm?fuseaction=view_thread&Thread_ID=13953
- [1]
- http://www.ipc.org/de/ContentPage.aspx?pageid=IPC-ehrt-Best-Papers-an-der-IPC-APEX-EXPO
- http://integral-hdi.com Tecnología integral
- http://integral-hdi.com/news/2010/11/next-generation-electronic-materials- Blog de cráteres de almohadillas de tecnología integral.
Referencias
- ^ a b c http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Preventing-Pad-Cratering-During-ICT-Using-Sherlock.pdf?hsCtaTracking=95bec082-e4c1-40d3-a379-dfe6d7a5727a%7Ce96e5f51- abc5-4c7a-9a2e-28a78cb24e8e
- ^ https://www.smtnet.com/library/files/upload/pad-cratering.pdf , PAD CRATERING: THE INVISIBLE THREAT PARA LA INDUSTRIA ELECTRÓNICA, Presentado por Jim Griffin, Gerente de Marketing y Ventas OEM, Tecnología Integral
- ^ http://www.circuitinsight.com/pdf/test_method_pad_cratering_ipc.pdf , M. Ahmad, J. Burlingame y C. Guirguis, Método de prueba validado para caracterizar y cuantificar cráteres de almohadillas bajo almohadillas BGA en placas de circuito impreso, Apex 2008.
- ^ a b c https://www.smta.org/chapters/files/uppermidwest_padcratering.pdf
- ^ IPC IPC-9708, Métodos de prueba para la caracterización de cráteres de placas de PCB
- ^ a b D. Xie, D. Shangguan y H. Kroener, "Evaluación de cráteres de PCB", APEX 2010, Las Vegas, NA.
- ^ IPC / JEDEC-9702: Caracterización de curva monótona de interconexiones a nivel de placa
- ^ Pad Cratering: Evaluación de riesgos de confiabilidad a largo plazo, Denis Barbini, Ph.D., AREA Consortium, http://www.meptec.org/Resources/23%20-%20Universal%20Instruments.pdf
- ^ a b http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Webinar%20Slides%20for%20YouTube/Avoiding-Pad-Cratering-and-Cracked-Capacitor-Webinar.pdf
- ^ Un nuevo enfoque para la detección temprana de fallas de cráteres de placas de PCB, Anurag Bansal, Gnyaneshwar Ramakrishna y Kuo-Chuan Liu, Cisco Systems, Inc., San José, CA, https://pdfs.semanticscholar.org/4008/a780824029d65803614ff2badb23e31929de.pdf ? _ga = 2.178646691.640690740.1508535388-688246373.1508535388