Contrôle des vides pour VIPPO BGA : Guide d'ingénierie, Spécifications et Liste de contrôle de dépannage

Obtenir un contrôle fiable des vides pour les BGA VIPPO (Via-in-Pad Plated Over) est l'un des défis les plus critiques dans la fabrication moderne de PCB HDI. À mesure que les pas des boîtiers BGA (Ball Grid Array) diminuent en dessous de 0,5 mm, les fan-outs traditionnels en forme d'os de chien deviennent impossibles, nécessitant des vias placés directement dans les pastilles de soudure. Si ces vias ne sont pas correctement remplis, planarisés et recouverts, les gaz piégés peuvent se dilater pendant la refusion, créant des vides qui compromettent l'intégrité du joint. APTPCB (APTPCB PCB Factory) est spécialisée dans les interconnexions haute fiabilité où des critères stricts en matière de vides sont obligatoires. Ce guide détaille les spécifications, les contrôles de processus et les méthodes de dépannage nécessaires pour minimiser les vides et assurer un assemblage robuste.

Réponse Rapide (30 secondes)

Pour les ingénieurs nécessitant des paramètres immédiats pour le contrôle des vides pour les BGA VIPPO, respectez ces lignes directrices fondamentales :

Profondeur de la fossette: Doit être inférieure à 1 mil (25µm) pour éviter l'emprisonnement d'air lors de l'impression de la pâte; idéalement <0,5 mil pour un pas de 0,4 mm.
Matériau de remplissage: Utilisez une résine époxy non conductrice (par exemple, PHP-900) avec un CTE adapté au stratifié (Tg > 150°C) pour éviter les fissures dues à l'expansion sur l'axe Z.
Épaisseur de placage: Le placage de recouvrement (wrap plating) doit être d'au moins 12-15µm (Classe 2) ou 20-25µm (Classe 3) pour éviter la séparation du capuchon pendant le dégazage de refusion.
Cuisson: Précuitre les cartes à 120°C pendant 2-4 heures avant l'assemblage pour éliminer l'humidité qui contribue à la formation explosive de vides.
Critères de rayons X: La surface totale des vides dans les joints de soudure BGA doit être <25% (IPC-A-610 Classe 2) ou <15-20% (Classe 3/Automobile).
Profil de refusion: Mettre en œuvre une zone de trempage (150-180°C pendant 60-90s) pour permettre aux solvants volatils du flux de s'échapper avant le liquidus.

BGA doivent être remplis de manière conductrice/non conductrice et plaqués (VIPPO) BGA s'applique (et quand il ne s'applique pas)

Comprendre quand appliquer des protocoles stricts de contrôle des vides pour VIPPO BGA permet d'éviter des coûts inutiles tout en garantissant la fiabilité là où elle est essentielle.

S'applique (Contrôle strict requis) :

BGA à pas fin (< 0.5mm): Il n'y a pas assez de place pour le routage en "dog-bone"; les vias doivent être dans les pastilles.
Conceptions RF haute fréquence: Les vides altèrent l'impédance et les chemins de retour; critique pour l'overmolding pour modules RF front-end où l'air piégé provoque des défauts de moulage.
Rails d'alimentation à courant élevé: Les vides réduisent la surface de section transversale effective, augmentant la résistance et les points chauds thermiques.
Fiabilité de Classe 3: Dispositifs aérospatiaux, automobiles et médicaux où une défaillance latente est inacceptable.
Microvias empilés: Conceptions utilisant ELIC (Every Layer Interconnect) ou architectures SLP SMT pour BGA à micro-pas.

Ne s'applique pas (Processus standard suffisants) :

BGA à pas standard (> 0.8mm): Le fan-out traditionnel en "dog-bone" avec des vias masqués est moins cher et moins risqué.
Traces de signal non critiques: Lignes numériques à basse vitesse où des discontinuités d'impedance mineures sont tolérables.
Qualité Prototype/Consommateur (Classe 1): Où le coût est le facteur principal et un vide mineur (<30%) n'affecte pas la fonctionnalité.
Composants traversants (Through-Hole): VIPPO est spécifique aux pastilles de la technologie de montage en surface (SMT).
Vias non remplis (Tented): Si le via n'est pas dans la pastille, un masquage standard par vernis épargne est suffisant.

Règles et spécifications

Le tableau suivant présente les paramètres critiques pour le contrôle des vides pour VIPPO BGA. Ces valeurs sont dérivées des normes IPC et des directives DFM internes d'APTPCB pour une fabrication à haut rendement.

Règle	Valeur/Plage Recommandée	Pourquoi c'est important	Comment vérifier	Si ignoré
Profondeur de la fossette du via	< 25µm (1 mil); Cible < 15µm	Les fossettes profondes emprisonnent l'air sous la pâte à souder, entraînant de grands vides pendant la refusion.	Profilométrie laser ou analyse en coupe transversale.	Vides de soudure > 25%; joints ouverts en raison d'un volume de soudure insuffisant.
Épaisseur du placage de la coiffe	Classe 2: > 12µm Classe 3: > 25µm	Fournit une résistance mécanique pour contenir l'expansion du matériau de remplissage du via.	Mesure en coupe transversale (microsection).	Séparation (soulèvement) ou fissuration de la coiffe; dégazage dans le joint de soudure.
CTE du matériau de remplissage du via	< 40 ppm/°C (en dessous de Tg)	Une expansion non concordante entre le cuivre et le remplissage provoque des contraintes sur le placage de la coiffe.	Fiche technique du matériau (analyse TMA).	"Popcorning" de la coiffe du via; circuits ouverts intermittents.
Diamètre de perçage	0.15mm - 0.25mm	Les trous plus petits sont plus difficiles à plaquer/remplir ; les trous plus grands risquent l'affaissement du matériau de remplissage.	Vérification du fichier de perçage ; Coupe transversale.	Remplissage incomplet (air piégé à l'intérieur du via) ; formation excessive de fossettes.
Rapport d'aspect	< 8:1 (for through-hole VIPPO)	Des rapports d'aspect élevés empêchent la chimie de placage d'atteindre le centre.	Examen d'ingénierie CAM.	Placage mince au centre du barillet ; fissures du barillet ; vides.
Placage enveloppant	> 12µm (continuous from hole knee)	Assure la continuité électrique entre le barillet du via et le pad de surface.	Coupe transversale au niveau du coude du trou.	Fissures aux coins ; circuits ouverts électriques sous cyclage thermique.
Dégagement du masque de soudure	1:1 or +50µm (NSMD)	Définit la zone soudable ; affecte la libération de la pâte et l'échappement des gaz.	Analyse Gerber ; AOI.	Ponts de soudure ; chemins de dégazage restreints.
Cuisson pré-refusion	125°C for 4 hours	Élimine l'humidité absorbée du PCB et du matériau de remplissage.	Journaux de four ; Test de perte de poids.	Délaminage ; dégazage explosif (trous de soufflage).
Ouverture du pochoir	100% coverage (or slightly reduced)	Contrôle le volume de soudure ; trop de pâte peut emprisonner les gaz.	SPI (Inspection de la Pâte à Souder).	Formation de billes de soudure ; pontage ; vides.
Température de pointe de refusion	235°C - 245°C (SAC305)	Assure un mouillage complet sans surchauffer le remplissage de résine.	Profilage thermique (profileur).	Joints de soudure froids (les vides ne s'échappent pas) ; dégradation de la résine.
Critères de vide (rayons X)	< 25% de surface (Classe IPC 2) < 15% de surface (Classe IPC 3)	Définit la réussite/l'échec pour la fiabilité.	Rayons X 2D ou 3D (AXI).	Défaillances sur le terrain ; rejet par le client final.
Finition de surface	ENIG ou ENEPIG	La surface plane assure un dépôt uniforme de la pâte sur le via bouché.	Mesure d'épaisseur par XRF.	Impression de pâte inégale ; mauvaise mouillabilité ; défauts de pastille noire.

Étapes de mise en œuvre

La mise en œuvre d'un contrôle robuste des vides pour les BGA VIPPO nécessite un effort synchronisé entre le fabricant de PCB et l'atelier d'assemblage. Suivez cette séquence pour garantir la conformité.

Examen de la conception pour la fabrication (DFM)
- Action: Vérifier les tailles des vias et les emplacements des pastilles dans les fichiers Gerber.
- Paramètre clé: S'assurer que les vias dans les pastilles sont identifiés pour le bouchage (IPC-4761 Type VII).
- Contrôle d'acceptation: Le logiciel CAM confirme que les emplacements VIPPO correspondent aux pastilles BGA.
Perçage et décapage
- Action: Percer les vias et enlever les bavures de résine pour assurer l'adhérence du cuivre.
- Paramètre clé: Taux de gravure de 0,5-1,0µm pour créer la topographie pour le placage.
- Contrôle d'acceptation: Test de rétroéclairage ou inspection SEM pour des parois de trou propres.
Placage initial de cuivre (Flash)
- Action: Déposer le cuivre initial pour rendre le barillet conducteur.
- Paramètre clé: Épaisseur de 5-8µm pour soutenir le processus de remplissage.
- Contrôle d'acceptation: Test de continuité ; coupe transversale pour vérifier la couverture.
Remplissage de via (Bouchage)

Action: Forcer l'encre époxy non conductrice dans les vias à l'aide d'une assistance sous vide.
Paramètre clé: Remplissage à 100 %; pas de bulles d'air piégées à l'intérieur du bouchon.
Contrôle d'acceptation: Inspection aux rayons X de la carte nue pour détecter les vides internes dans le bouchon.

Planarisation et Durcissement
- Action: Durcir thermiquement l'encre et meuler mécaniquement l'excès de la surface.
- Paramètre clé: Rugosité de surface < 2µm; profondeur de la fossette < 10µm.
- Contrôle d'acceptation: Inspection visuelle; pas d'encre en saillie ni de dépressions profondes.
Placage de recouvrement (Surplacage)
- Action: Plaquer du cuivre sur le via rempli pour créer un plot solide.
- Paramètre clé: Épaisseur minimale de cuivre de 12µm sur le bouchon.
- Contrôle d'acceptation: Coupe transversale pour vérifier l'épaisseur du capuchon et la force d'adhérence.
Application de la Finition de Surface
- Action: Appliquer ENIG, Argent par Immersion ou OSP.
- Paramètre clé: Épaisseur uniforme (ex. Au 0.05-0.1µm pour ENIG).
- Contrôle d'acceptation: Mesure XRF; vérification visuelle de l'absence de placage.
Impression de la Pâte à Souder (Assemblage)
- Action: Imprimer la pâte à souder à l'aide d'un pochoir conçu pour VIPPO.
- Paramètre clé: Épaisseur du pochoir 4-5 mil; réduction de l'ouverture de 10-15% si nécessaire.
- Contrôle d'acceptation: SPI (Inspection de la Pâte à Souder) pour le volume et la hauteur.
Soudure par Refusion
- Action: Assemblage par refusion avec un profil optimisé pour la réduction des vides.

Paramètre clé: Zone de trempage 60-90s; Temps au-dessus du liquidus (TAL) 45-60s.
Contrôle d'acceptation: AXI (Inspection automatisée par rayons X) pour le pourcentage de vides.

Modes de défaillance et dépannage

Même avec des spécifications strictes, des problèmes peuvent survenir. Utilisez ce flux logique pour diagnostiquer les défaillances liées au contrôle des vides pour VIPPO BGA.

1. Symptôme: "Vides de champagne" (Petits vides le long de l'interface du pad)

Causes: Contamination de la finition de surface; placage d'or mince (ENIG); enrichissement en phosphore.
Vérifications: Analyse SEM/EDX de l'interface du vide; vérification de l'épaisseur de l'or.
Correction: Ajuster les paramètres du bain ENIG; passer à l'ENEPIG si nécessaire.
Prévention: Surveillance stricte de la durée de vie du bain; validation du fournisseur de finition de surface.

2. Symptôme: Grands macro-vides (>25% de la surface)

Causes: Creux profonds dans le VIPPO; dégazage du matériau de remplissage des vias; profil de refusion incorrect (trop rapide).
Vérifications: Mesurer la profondeur des creux sur la carte nue; vérifier les journaux de pré-cuisson; analyser le temps de trempage du profil de refusion.
Correction: Augmenter le temps de trempage pour permettre aux volatils du flux de s'échapper; rejeter les cartes nues avec des creux > 1 mil.
Prévention: Resserrement des spécifications de planarisation; mise en œuvre du bouchage sous vide.

3. Symptôme: Séparation du capuchon (Le capuchon en cuivre se soulève du remplissage du via)

Causes: Désadaptation du CTE entre l'époxy et le cuivre; épaisseur de placage du capuchon insuffisante; expansion due à l'humidité.
Vérifications: Analyse en coupe transversale; TMA pour la Tg et le CTE du matériau de remplissage.
Correction: Utiliser une encre de bouchage à CTE inférieur ; augmenter l'épaisseur du placage de la coiffe à >20µm.
Prévention: Cuire les cartes avant le refusion ; qualifier l'adhérence encre-cuivre.

4. Symptôme: Perles de soudure / Billes de soudure

Causes: Volume excessif de pâte ; préchauffage rapide provoquant une explosion de flux (éclaboussures).
Vérifications: Données SPI ; conception de l'ouverture du pochoir ; vitesse de rampe de refusion.
Correction: Réduire l'ouverture du pochoir (conception "home plate" ou "window pane") ; ralentir la vitesse de rampe (<2°C/s).
Prévention: Optimiser la conception du pochoir pour les pastilles VIPPO.

5. Symptôme: Soufflures (Trous en forme de cratère dans la soudure)

Causes: Humidité piégée dans le stratifié du PCB ou le remplissage des vias ; remplissage incomplet des vias (poches d'air).
Vérifications: Radiographie des cartes nues pour les vides de remplissage ; test de gain de poids pour l'humidité.
Correction: Cycle de cuisson prolongé (120°C, 4-6 heures) ; révision des paramètres du processus de bouchage.
Prévention: Stocker les PCB dans des sacs scellés sous vide avec dessicant (contrôle MSL).

6. Symptôme: Head-in-Pillow (HiP)

Causes: Déformation du BGA ou du PCB ; mauvaise mouillabilité due à des pastilles oxydées.
Vérifications: Mesure de la déformation par Shadow Moiré ; test d'équilibre de mouillabilité.
Correction: Utiliser des matériaux à Tg élevé ; passer à un environnement de refusion N2 (Azote).
Prévention: Équilibrer la distribution du cuivre sur les couches du PCB pour minimiser la déformation.

Décisions de conception

Un contrôle des vides réussi pour les BGA VIPPO commence au stade de la conception. Les ingénieurs doivent évaluer les compromis entre la densité, le coût et la fiabilité.

VIPPO vs. Fan-out en "Dog-Bone" Bien que le VIPPO permette des pas plus serrés, il augmente le coût du PCB de 15 à 25 % en raison des étapes supplémentaires de placage et de planarisation. N'utilisez le VIPPO que lorsque le pas du BGA l'exige (généralement < 0,65 mm). Pour des pas plus grands, le routage en "os de chien" est plus tolérant en ce qui concerne les vides.

Sélection des matériaux pour SLP SMT Pour les applications SLP SMT pour BGA à pas micro, le FR4 standard peut ne pas suffire. Les matériaux haute vitesse (comme Megtron 6 ou Rogers) ont souvent des taux de dilatation différents sur l'axe Z. Le matériau de remplissage du via doit être compatible avec le CTE du stratifié pour éviter l'« effet piston » où le remplissage pousse le capuchon pendant le refusion.

Considérations relatives au surmoulage Dans les modules RF nécessitant un surmoulage pour le frontal RF, la planéité de la surface est non négociable. Même de légères fossettes peuvent piéger l'air pendant le processus de moulage par injection, entraînant un « soufflage » ou des vides dans le composé de moulage lui-même. Pour ces conceptions, spécifiez une tolérance de « zéro fossette » ou « uniquement saillie » (+5µm / -0µm) pour garantir que le composé de moulage s'écoule en douceur sur les pastilles.

Définition des pastilles : SMD vs. NSMD Pour le VIPPO, les pastilles définies par masque de soudure (SMD) sont parfois préférées pour contenir la pâte à souder directement sur le capuchon, réduisant le risque que la pâte coule sur le côté de la pastille si l'enregistrement du masque est médiocre. Cependant, les pastilles non définies par masque de soudure (NSMD) offrent généralement une meilleure durée de vie en fatigue. Consultez les directives DFM d'APTPCB pour choisir la bonne stratégie pour votre boîtier BGA spécifique.

FAQ

Q: Quel est le pourcentage maximal de vides acceptable pour les BGA VIPPO de Classe 3? A: La norme IPC-A-610 Classe 3 exige que la surface totale des vides soit inférieure à 25 % de la surface de l'image radiographique, bien que de nombreux équipementiers automobiles et aérospatiaux imposent des limites internes plus strictes de 15 % ou 20 %.

Standard: L'IPC-7095 fournit des critères détaillés pour les vides.
Objectif APTPCB: Nous visons un taux de vides <10 % grâce à l'optimisation des processus.

Q: Puis-je utiliser de l'époxy conducteur pour le remplissage des vias afin d'améliorer les performances thermiques? A: Oui, mais c'est risqué et coûteux. Les encres conductrices (argent/cuivre) ont des CTE différents et peuvent provoquer des fissures de contrainte.

Alternative: Utiliser une encre non conductrice avec des réseaux de vias thermiques.
Performance: Le gain thermique de l'encre conductrice est souvent marginal par rapport au placage de cuivre massif.

Q: Comment la finition de surface affecte-t-elle la formation des vides? A: La planéité de la surface et la mouillabilité sont essentielles.

ENIG: Excellente planéité, bonne pour les pas fins, mais risque de "black pad".
HASL: Trop irrégulière pour les VIPPO à pas fin; provoque une variation du volume de pâte.
OSP: Bonne planéité mais courte durée de conservation; plusieurs refusions peuvent dégrader la mouillabilité.

Q: Pourquoi est-ce que je vois des vides spécifiquement au centre du BGA? A: Cela est souvent dû à la déformation du composant ou à une pénétration insuffisante de la chaleur.

Déformation: Le centre se soulève pendant la refusion (HiP) ou se comprime (pontage).
Chaleur: Les billes centrales sont les dernières à refondre; si le profil est trop court, le flux reste piégé. Q: L'inspection aux rayons X détecte-t-elle les vides à l'intérieur du bouchon de via lui-même? R: Oui, les rayons X haute résolution peuvent détecter les vides dans le remplissage époxy.
Impact: Les petits vides dans le remplissage sont généralement cosmétiques, à moins qu'ils ne soient proches du capuchon de surface, où ils peuvent provoquer l'effondrement du capuchon.
Spécification: L'IPC-6012 autorise certains vides internes dans le remplissage à condition qu'ils ne relient pas les conducteurs.

Q: Quel est l'impact sur les coûts de la spécification VIPPO? R: Attendez-vous à une augmentation de 15 à 30 % du coût de la carte nue.

Facteurs: Perçage supplémentaire, cycle de placage séparé, bouchage sous vide, planarisation.
Délai: Ajoute 1 à 2 jours au temps de production standard.

Q: Comment l'"overmolding pour front-end RF" est-il lié aux vides VIPPO? R: Les vides dans le joint de soudure peuvent se dilater pendant le processus de surmoulage à haute pression, entraînant la défaillance du joint ou la formation de bulles dans le composé de moulage.

Exigence: Des critères de zéro vide ou de quasi-zéro vide sont souvent requis pour les modules SiP (System in Package).

Q: Puis-je utiliser VIPPO sur un seul côté du PCB? R: Oui, mais le processus de fabrication traite généralement l'ensemble du panneau.

Efficacité: Il est souvent préférable de traiter tous les vias d'une certaine taille comme VIPPO pour simplifier le processus, plutôt que de n'en boucher que certains sélectivement.

Q: Quelle est la différence entre "Bouché" et "Rempli et Capuchonné"? R: "Bouché" fait généralement référence au bouchage par masque de soudure (Type VI), qui ne convient pas pour la soudure par-dessus.

VIPPO: Nécessite le Type VII (Rempli et Capuchonné) avec résine et placage de cuivre. Q: Comment spécifier les exigences de contrôle des vides dans mes notes de fabrication ? R: Soyez explicite.
Exemple de note: "Tous les vias dans les pastilles BGA doivent être remplis de manière conductrice/non conductrice et plaqués (VIPPO) selon IPC-4761 Type VII. Profondeur de la fossette < 0,025mm. Placage de recouvrement > 0,012mm."

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Glossaire (termes clés)

Terme	Définition	Pertinence pour VIPPO
VIPPO	Via-in-Pad Plated Over (Via dans la pastille plaqué). Un via placé dans une pastille, rempli de résine et plaqué de cuivre.	La technologie de base permettant le routage BGA à pas fin.
Rapport d'aspect	Le rapport entre l'épaisseur du PCB et le diamètre du trou percé.	Des rapports d'aspect élevés (>10:1) rendent le placage et le remplissage difficiles, augmentant le risque de vides.
CTE	Coefficient de Dilatation Thermique. Mesure de l'expansion d'un matériau sous l'effet de la chaleur.	Un désaccord entre le cuivre (17ppm) et le remplissage époxy provoque des contraintes/fissures.
Fossette	La dépression laissée sur la surface du via après planarisation et placage.	Les fossettes profondes emprisonnent l'air lors de l'impression de la pâte, provoquant des vides de soudure.
Dégazage	Le dégagement de gaz ou d'humidité piégés du PCB pendant la refusion.	La cause principale des "soufflures" et des macro-vides dans les joints de soudure.
Planarisation	Meulage mécanique pour niveler la surface après le remplissage des vias.	Essentiel pour assurer une surface plane pour le placement des composants.
IPC-4761	Guide de conception pour la protection des structures de vias de cartes imprimées.	Définit les types de bouchage de vias (le Type VII est VIPPO).
Zone de stabilisation	La partie du profil de refusion où la température se stabilise (150-200°C).	Permet aux volatils du flux de s'évaporer lentement, réduisant la formation de vides.
SLP	PCB de type substrat. Technologie PCB à très haute densité.	Utilise largement les micro-vias et le VIPPO pour les cartes logiques des smartphones.
Tg	Température de transition vitreuse. La température à laquelle la résine devient molle.	Le matériau de remplissage et la Tg du stratifié doivent être adaptés pour éviter les défaillances de l'axe Z.
Rayons X (AXI)	Inspection automatisée par rayons X.	La seule méthode non destructive pour mesurer le pourcentage de vides dans les joints BGA.
Surmoulage	Encapsulation d'un PCBA avec du plastique/de la résine.	Nécessite des joints de soudure robustes (faibles vides) pour résister à la pression de moulage.

Conclusion

Un contrôle efficace des vides pour les BGA VIPPO n'est pas obtenu par une seule étape de processus, mais par une approche holistique combinant des spécifications de fabrication de PCB précises et des profils d'assemblage optimisés. En contrôlant la profondeur de la fossette (<1 mil), en assurant un placage de bouchon adéquat (>12µm) et en gérant le dégazage par refusion, les ingénieurs peuvent déployer des composants à pas fin en toute confiance.

APTPCB fournit des solutions VIPPO de haute précision adaptées aux SLP SMT pour BGA à micro-pas et aux applications RF critiques. Que vous prototypiez un nouveau module ou que vous passiez à la production automobile, notre équipe d'ingénieurs s'assure que vos structures de via répondent aux normes IPC Classe 3.

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