ในช่วงวิกฤติ การออกแบบ PCB ทบทวน, วิศวกรหนุ่มคนหนึ่งปกป้องโครงร่างซิลค์สกรีนที่ลดลงสำหรับชิป BGA: “The datasheet specifies 35MIL; เราใช้ 25MIL. มันเป็นเพียง 10MIL (0.254มม) difference—it should be fine.” The room fell silent. การเบี่ยงเบน 10MIL ที่ดูเหมือนเล็กน้อยนี้ทำให้เกิดความสูญเสียนับล้านในท้ายที่สุดเนื่องจากการเชื่อมต่อ BGA, ทำลายทั้งชุดของ PCBS. บทความนี้จะสำรวจฟิสิกส์ที่แม่นยำเบื้องหลังความคลาดเคลื่อนของการออกแบบซิลค์สกรีน.
ซิลค์สกรีนไม่แบน: มิติที่สามที่ถูกมองข้าม
ซิลค์สกรีน PCB เป็นมากกว่าการทำเครื่องหมายด้วยหมึกธรรมดา. ตามมาตรฐาน IPC-4781, หมึกซิลค์สกรีนที่บ่มแล้วจะสร้างโครงสร้างที่มีความสูงทางกายภาพที่กำหนด:
-
ความหนาทั่วไป: 2-10 มิล (50.8-254 ไมครอน)
-
ความหนาของกระบวนการทั่วไป: 4-6 มิล (101.6-152.4 ไมครอน)
การลดโครงร่างซิลค์สกรีน BGA ลง 10MIL ไม่ใช่แค่การลดระนาบเท่านั้น. ขอบซิลค์สกรีนรุกล้ำพื้นที่แผ่น, forming a miniature “fence” around each pad. บน BGA ระยะพิทช์ 0.8 มม, ศูนย์กลางแผ่นที่อยู่ติดกันอยู่ห่างกันเพียง 31.5MIL, มีเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นโดยทั่วไป 12-16MIL. การรุกล้ำซิลค์สกรีน 10MIL คุกคามพื้นที่ทางกายภาพโดยตรงสำหรับการไหลของสารบัดกรี.
ปฏิกิริยาลูกโซ่ร้ายแรง: จากข้อผิดพลาดซิลค์สกรีนไปจนถึงการลัดวงจรของ BGA
การบุกรุกซิลค์สกรีนทำให้เกิดความล้มเหลวในการบัดกรีได้อย่างไร? เรามาวิเคราะห์กระบวนการทางกายภาพกันดีกว่า:
1. ปริมาณการวางประสานที่ไม่สามารถควบคุมได้
ลายฉลุ รูรับแสงได้รับการออกแบบตามขนาดแผ่น PCB. การรุกล้ำของซิลค์สกรีนช่วยลดพื้นที่ขอบแผ่นใช้งาน, ทำให้สารบัดกรีส่วนเกินสะสมภายในรูรับแสงที่มีประสิทธิภาพภายใต้แรงดันปาดน้ำ. ปริมาณเพิ่มขึ้น (∆V) สามารถประมาณได้เป็น:
ΔV µ H_silk × L_encroach × S
(ที่ไหน: H_silk = ความหนาของซิลค์สกรีน, L_encroach = ความยาวของการบุกรุก, S = เส้นรอบวงของแผ่นที่ได้รับผลกระทบ)
2. ภัยพิบัติบีบตัวระหว่างการรีโฟลว์
โดยทั่วไปความสูงของลูกบอล BGA จะอยู่ที่ 0.3-0.45 มม. ในขณะที่ส่วนประกอบตกลงระหว่างการรีโฟลว์, สารบัดกรีหลอมเหลวส่วนเกินจะถูกบีบอย่างรุนแรงในพื้นที่จำกัด:
-
ประสานจากแผ่นอิเล็กโทรดที่อยู่ติดกันผสาน.
-
แรงตึงผิวไม่สามารถดึงวัสดุส่วนเกินกลับคืนได้.
-
รูปแบบการเชื่อมต่อด้วยกล้องจุลทรรศน์, มักมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า.
3. ข้อบกพร่องที่ซ่อนอยู่ราคาแพง
การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์เผยให้เห็นว่าการตรวจสอบด้วยภาพด้วยตนเองพลาดไป 95% ของข้อบกพร่องในการเชื่อมโยงใน BGA ที่ต่ำกว่าระยะพิทช์ 0.8 มม. ความล้มเหลวที่ซ่อนอยู่เหล่านี้ทำให้เกิด:
-
อัตราการส่งผ่านเท็จที่เพิ่มสูงขึ้นในการทดสอบในวงจร (ไอซีที).
-
ความล้มเหลวและการเรียกคืนภาคสนามมีค่าใช้จ่ายสูง.
-
ความเสียหายของชิป BGA ที่แก้ไขไม่ได้จากการลัดวงจร.
บทเรียนที่ได้มาอย่างยากลำบาก: กฎการออกแบบปลอมแปลงเมื่อล้มเหลว
จากการบินและอวกาศไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์, การควบคุมซิลค์สกรีนบน PCB ความหนาแน่นสูงถือเป็นเรื่องสำคัญในอุตสาหกรรม:
>> กฎเขตปลอดภัยสัมบูรณ์ <<<
*ระยะห่างระหว่างซิลค์สกรีนถึงแพดขั้นต่ำ = สูงสุด(0.5มม, 3 × ความหนาของซิลค์สกรีน)*
ตัวอย่าง: For 125.4μm (6มิล) ซิลค์สกรีน, ระยะห่าง ≥ 0.5 มม (20มิล).
>>> กลยุทธ์การป้องกันระดับทหาร <<<
-
ไลบรารี CAD แบบ Zero Tolerance: ใช้ไลบรารีรอยเท้ามาตรฐาน IPC-7351B พร้อมโครงร่างซิลค์สกรีนที่ล็อคไว้.
-
การตรวจสอบ DFM บังคับ: รวมระยะห่างซิลค์สกรีนในการตรวจสอบ Gerber อัตโนมัติ (ใช้ความกล้าหาญ, กฎของ CAM350).
-
3D การจำลองการวางประสาน: จำลองการเสียรูปของการวางใน Cadence Allegro 3D หรือ Zuken CR-8000.
-
บทความแรก เลเซอร์สแกน: วัดความสูงซิลค์สกรีนจริงโดยใช้เครื่องมือเช่น CyberOptics SE300.
เหตุใดผู้ผลิต PCBA มืออาชีพจึงเป็นแนวป้องกันสุดท้ายของคุณ?
เมื่อการออกแบบมีความเสี่ยง, พันธมิตร PCBA ที่มีประสบการณ์เช่น UGPCB สามารถบรรเทาปัญหาได้ด้วยการปรับเปลี่ยนกระบวนการ:
-
การชดเชยการตัดด้วยเลเซอร์ลายฉลุ: ลดพื้นที่รูรับแสงโดย 5-8% ในเขตที่ถูกบุกรุก.
-
เทคโนโลยีลายฉลุขั้นตอน: ใช้ทินเนอร์ (เช่น, 15การลดไมโครเมตร) ฟอยล์ลายฉลุในพื้นที่ BGA.
-
การเลือกวางประสานที่แม่นยำ: ใช้ประเภท #5 ผง (20-38μm) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติป้องกันการตกต่ำ.
-
การรีโฟลว์ไนโตรเจน: ลดแรงตึงผิวประมาณ 15% เพื่อลดการเชื่อมต่อ.
*”68% of the 217 silkscreen-related risks intercepted last year involved BGA defects.”*
— UGPCB โรงงานเอสเอ็มที รายงานดีเอฟเอ็ม
แผนปฏิบัติการ: อัปเกรดระบบการออกแบบของคุณทันที
ป้องกันการสูญเสียล้านดอลลาร์โดยดำเนินการตามขั้นตอนเหล่านี้ทันที:
-
ดาวน์โหลดมาตรฐานรูปแบบที่ดิน IPC-7351B เพื่ออัปเดตไลบรารีส่วนประกอบ.
-
เปิดใช้งานกฎ DRC Silk-to-Pad ในเครื่องมือ EDA ของคุณ (ตั้งค่า ≥0.2มม).
-
ขอพารามิเตอร์ความหนาซิลค์สกรีนที่แม่นยำจากซัพพลายเออร์ PCB ของคุณสำหรับกระบวนการของพวกเขา.
-
การจำลองการบัดกรีแบบ 3 มิติตามคำสั่งสำหรับบทความแรกเกี่ยวกับโปรเจ็กต์ใหม่.
>>> รายการตรวจสอบการออกแบบที่สำคัญ <<<
-
โครงร่าง BGA Silkscreen ≥ขนาดที่ระบุในเอกสารข้อมูล.
-
ระยะห่างระหว่างซิลค์สกรีนถึงแพด ≥ 0.5 มม.
-
ไฟล์ลายฉลุที่มีคำอธิบายประกอบสำหรับพื้นที่เสี่ยง.
-
รายงาน DFM รวมถึงการวัดความหนาของซิลค์สกรีน.
เคล็ดลับเพื่อให้ได้ผลผลิตที่สูงขึ้นนั้นอยู่ที่การคำนึงถึงทุกไมครอน
สำหรับ:
-
การได้รับข้อมูลจำเพาะการออกแบบ BGA ระดับทหาร
-
การประเมินความเสี่ยงเชิงลึกของการออกแบบซิลค์สกรีนที่มีอยู่
-
การเป็นพันธมิตรกับก ผู้ผลิต PCBA เสนอการควบคุมกระบวนการระดับไมครอน
ติดต่อทีมเทคนิคของเราทันทีเพื่อรับรายงานการตรวจสอบ DFM ฟรี และใบเสนอราคาสำหรับโซลูชัน PCBA ที่มีความน่าเชื่อถือสูง. เราให้การสนับสนุนแบบ end-to-end ตั้งแต่การออกแบบ PCB ไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก, ทำให้มั่นใจได้ว่าข้อต่อ BGA ทุกอันจะทนทานต่อความต้องการที่ยากที่สุด.
*บันทึก: ข้อมูลอ้างอิงจาก IPC-6012E, ไอพีซี-7095C, เจ-STD-001มาตรฐานเอช, และประมวลผลการวัดจาก UGPCB และผู้ให้บริการ EMS หลายราย*