10mil PCBシルクスクリーンエラーによる100万ドルの損失! BGAはんだブリッジングの完全な分析

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2 months ago

批判的に プリント基板設計 レビュー, 若いエンジニアは、BGAチップのシルクスクリーンの概要を減らしました: “The datasheet specifies 35MIL; 25milを使用しました. わずか10マイルです (0.254mm) difference—it should be fine.” The room fell silent. この一見マイナーな10mil偏差は、最終的にBGAブリッジングによる数百万人の損失を引き起こしました, のバッチ全体を廃棄します プリント基板. この記事では、シルクスクリーンの設計許容度の背後にある正確な物理学を探ります.

シルクスクリーンはフラットではありません: 見落とされがちな3番目の次元

PCBシルクスクリーンは、単純なインクマーキング以上のものです. IPC-4781標準ごと, 硬化シルクスクリーンインクは、定義された物理的な高さを持つ構造を形成します:

典型的な厚さ: 2-10 ミル (20-100 ミクロン)
一般的なプロセスの厚さ: 4-6 ミル (40-60 ミクロン)

PCBシルクスクリーン

BGAシルクスクリーンのアウトラインを10mil削減することは、単なる平面削減ではありません. シルクスクリーンエッジは、パッドエリアに物理的に侵入します, forming a miniature “fence” around each pad. 0.8mmピッチBGA, 隣接するパッドセンターはわずか31.5mです, 通常、パッド径は12〜16milです. 10milのシルクスクリーン侵入は、はんだペーストの流れのために物理的な空間を直接脅かす.

致命的な連鎖反応: シルクスクリーンエラーからBGAショートサーキットまで

シルクスクリーンの侵入は、はんだ付けの故障をどのように引き起こしますか? 物理的なプロセスを分析しましょう:

1. 制御されていないはんだペーストボリューム

ステンシル 開口部は、PCBパッドの寸法に基づいて設計されています. シルクスクリーンの侵入により、使用可能なパッドエッジエリアが減少します, 過剰なはんだペーストが、スクイーギー圧力の下で有効な開口部に蓄積します. ボリュームが増加します (ΔV) として近似することができます:
ΔV≈h_silk×l_encroach×s
(どこ: h_silk =シルクスクリーンの厚さ, l_encroach =侵入長, s =患部パッドの周囲)

2. リフロー中の壊滅的な絞り

BGAボールの高さは通常0.3-0.45mmです. リフロー中にコンポーネントが落ち着くと, 余分な溶けたはんだペーストは、限られた空間で激しく絞られています:

隣接するパッドからはんだが合併します.
表面張力は、過剰な材料を撤回できません.
顕微鏡的ブリッジングフォーム, 多くの場合、肉眼では見えません.

3. 費用のかかる隠された欠陥

X線検査により、手動の目視検査で見逃されていることが明らかになりました 95% 0.8mmピッチ未満のBGAのブリッジング欠陥の. これらの隠された失敗は引き起こします:

回路内テストでの誤ったパスレートの高騰 (ICT).
高価なフィールドの故障とリコール.
短絡からの取り返しのつかないBGAチップダメージ.

苦労してレッスン: 障害にさらされた設計ルール

航空宇宙から医療用エレクトロニクスまで, 高密度PCBでシルクスクリーンを制御することは、現在業界で批判的です:

>> 絶対安全ゾーンルール <<<

*最小シルクスクリーン間間隔= max(0.5mm, 3 ×シルクスクリーンの厚さ)*
例: 60μmの場合 (6ミル) シルクスクリーン, 間隔≥0.5mm (20ミル).

>>> 軍事グレードの予防戦略 <<<

ゼロトレランスCADライブラリ: ロックされたシルクスクリーンの概要を備えたIPC-7351B標準フットプリントライブラリを実装します.
必須のDFMチェック: 自動化されたガーバーチェックにシルクスクリーン間隔を含めます (勇気を使用します, CAM350ルール).
3Dはんだ貼り付けシミュレーション: ケイデンスアレグロ3DまたはズケンCR-8000の貼り付け変形をシミュレートする.
ファーストアーティクルレーザースキャン: Cyberoptics SE300などのツールを使用して、実際のシルクスクリーンの高さを測定します.

プロのPCBAメーカーがあなたの最後の防衛線である理由?

デザインが固有のリスクを伴う場合, 経験豊富なPCBAパートナーのような UGPCB プロセス調整を通じて問題を軽減できます:

ステンシルレーザーカット補償: 開口部を削減します 5-8% 侵食されたゾーンで.
ステップステンシルテクノロジー: シンナーを使用します (例えば。, 15μm減少) BGAエリアのステンシルフォイル.
精度はんだペースト選択: タイプを使用します #5 粉 (20-38μm) 強化されたアンチランプ特性.
窒素リフロー: 橋渡しを抑制するために、表面張力を約15％減らします.
*”68% of the 217 silkscreen-related risks intercepted last year involved BGA defects.”*
- UGPCB SMTファクトリー DFMレポート

アクションプラン: 今すぐ設計システムをアップグレードしてください

これらの手順をすぐに実装することにより、百万ドルの損失を防ぎます:

IPC-7351Bランドパターン標準をダウンロードして、コンポーネントライブラリを更新します.
EDAツールでシルク間DRCルールを有効にします (セット≥0.2mm).
PCBサプライヤーにプロセスのために、正確なシルクスクリーンの厚さのパラメーターを要求.
新しいプロジェクトに関する最初の記事に3Dはんだペーストシミュレーションを委任する.

>>> 重要な設計チェックリスト <<<

BGAシルクスクリーンアウトライン≥データシート指定サイズ.
0.5mm以上のシルクスクリーン間間隔.
ステンシルファイルは、リスク領域にアノテーションされています.
DFMレポートには、シルクスクリーンの厚さ測定が含まれます.

高収量の秘密は、すべてのミクロンを尊重することにあります

のために:

軍用グレードのBGA設計仕様の取得
既存のシルクスクリーン設計の深いリスク評価
との提携 PCBAメーカー ミクロンレベルのプロセス制御を提供します
無料のDFM監査レポートと、高解放性PCBAソリューションの見積もりについては、すぐにテクニカルチームに連絡してください. PCB設計からボリューム生産までのエンドツーエンドのサポートを提供します, すべてのBGAジョイントに最も厳しい要求に耐えることを保証します.

*注記: IPC-6012Eに基づくデータ, IPC-7095C, j-std-001H基準, UGPCBおよび複数のEMSプロバイダーからのプロセス測定。*