So bewerten Sie das SMT-Montagerisiko anhand von PCB-Design- und PCB-Layouttrends

Direkte Antwort

Sie bewerten das SMT Montagerisiko aus PCB Design- und Layouttrends, indem Sie Anschlussflächenmuster, BGA Fluchtrouten, Via-in-Pad-Strukturen, Stapeleinschränkungen und BOM Vollständigkeit anhand der Prozessfähigkeiten Ihres Monteurs überprüfen. Der schnellste Weg, das Risiko zu reduzieren, besteht darin, vor dem Werkzeugbau eine DFM-Überprüfung durchzuführen und dabei IPC-7351-Stegmusterprüfungen und das Feedback Ihres EMS-Partners zu verwenden, um Fehler frühzeitig zu erkennen.

Warum PCB-Layouttrends das Risikoprofil der SMT-Baugruppe verändern

PCB Design- und Layouttrends sind nicht neutral. Jeder Trend – feinere Pitch-Komponenten, HDI-Stackups, eingebettete Passive und höhere Layer-Anzahlen – verändert das Risikoprofil der SMT-Baugruppe auf spezifische, messbare Weise. Die Layout-Entscheidungen, die Sie im CAD treffen, wirken sich direkt auf das Design der Schablonenöffnung, Anforderungen an die Platzierungsgenauigkeit, Beschränkungen des Reflow-Profils und Inspektionsschwierigkeiten in der Werkstatt aus.

Komponenten mit feinerem Rastermaß wie BGAs mit 0,4 mm Rastermaß und 0201- oder 01005-Passivbauteile erfordern engere Drucktoleranzen für Lotpasten. Ein BGA mit einer Teilung von 0,4 mm hat einen Pad-Durchmesser von etwa 0,2 mm, was bedeutet, dass die Schablonenöffnung lasergeschnitten sein muss und die Pastenabgabe gleichmäßig sein muss. Wenn Ihr Layout die Ausrichtungstoleranzen der Lötstoppmaske nicht berücksichtigt, besteht die Gefahr, dass zwischen den Pads Lötstopplacksplitter entstehen, die zu Dochtwirkung und Öffnungen des Lötmittels führen können.

HDI-Stackups führen Mikrovias und Via-in-Pad-Strukturen ein, die das Verhalten der Lotpaste beim Reflow verändern. Mit leitendem oder nicht leitendem Epoxidharz gefüllte Mikrovias haben andere thermische Eigenschaften als Durchgangslöcher. Wenn Ihr Layout Mikrovias direkt unter den BGA-Pads platziert, ohne sie ordnungsgemäß zu füllen und abzudecken, kann Lotpaste in den Via-Zylinder eindringen, so dass nicht mehr ausreichend Lot übrig bleibt, um eine zuverlässige Verbindung zu bilden. Dies ist eine der häufigsten Ursachen für BGA Öffnungen, die erst nach einer Röntgeninspektion auftreten.

Eingebettete passive Komponenten verringern die Anzahl der Komponenten, erschweren jedoch Nacharbeiten und Tests. Wenn ein Widerstand oder Kondensator in das Laminat eingebettet ist, können Sie ihn nicht direkt prüfen und bei einem Ausfall nicht ersetzen. Das Montagerisiko verlagert sich von der Platzierung auf den Herstellungsprozess, und Ihr PCBA-Partner muss die Werte der eingebetteten Komponenten überprüfen, bevor mit der Montage begonnen wird.

Die praktische Konsequenz ist, dass Sie das SMT Montagerisiko nicht allein anhand des Schaltplans beurteilen können. Sie müssen das Layout, den Stackup, den BOM und die Prozessanforderungen gemeinsam überprüfen. Eine entsprechende Diskussion darüber, wie sich thermische Verarbeitung und fortschrittliche Verpackungstrends auf das Risiko auswirken, finden Sie unter How to Evaluate SMT Assembly Risk from FOPLP and Thermal Processing Trends.

Überprüfung des Landmusters gegen IPC-7351

Der erste und direkteste Weg zur Bewertung des SMT-Montagerisikos besteht darin, jedes Anschlussflächenmuster in Ihrem Design anhand der IPC-7351-Empfehlungen zu überprüfen. IPC-7351 stellt Anschlussflächenmusterabmessungen für SMT-Komponenten basierend auf der Komponentenkörpergröße, der Anschlussgeometrie und der erwarteten Lötstellenform bereit. Dabei handelt es sich nicht um eine gesetzliche Anforderung, sondern um den De-facto-Standard, den Monteure verwenden, um zu beurteilen, ob ein Footprint eine zuverlässige Lötverbindung herstellt.

Wenn Sie Landmuster überprüfen, überprüfen Sie drei Variablen: Pad-Breite, Pad-Länge und Pad-zu-Pad-Abstand. Übergroße Pads erhöhen das Risiko von Lötbrücken, insbesondere bei Bauteilen mit feinem Rastermaß. Unterdimensionierte Pads verkleinern die Lötverbindungsfläche, was die mechanische Festigkeit verringert und das Risiko von Öffnungen bei Vibrationen oder Temperaturschwankungen erhöht. Bei Chipkomponenten wie 0402-Widerständen kann ein übergroßes Pad auf der einen und ein zu kleines Pad auf der anderen Seite beim Reflow zu Tombstoning führen, da die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots ungleichmäßig wirkt.

Zu den häufigsten Fehlern beim Landmuster gehören:

• Verwendung des vom Komponentenhersteller empfohlenen Footprints ohne Vergleich mit IPC-7351. Hersteller-Footprints werden oft für die elektrische Leistung der Komponente optimiert, nicht für die Zuverlässigkeit der Lötverbindung.
• Kopieren eines Footprints aus einem früheren Design, das ein anderes Komponentenpaket verwendet hat. Ein QFP mit einem Rastermaß von 0,5 mm und ein BGA mit einem Rastermaß von 0,5 mm haben völlig unterschiedliche Anforderungen an das Anschlussflächenmuster.
• Ignorieren der Lötmaskenöffnung. Wenn die Öffnung der Lötmaske größer als das Pad ist, kann Lot unter die Maske fließen und dadurch Hohlräume oder Kurzschlüsse verursachen.
• Komponententoleranzen werden nicht berücksichtigt. Eine Komponente mit hoher Koplanaritätsschwankung benötigt ein größeres Pad, um der Schwankung Rechnung zu tragen.

Ein praktischer Überprüfungsschritt besteht darin, eine Landmusterprüfung in Ihrem CAD-Tool durchzuführen oder die Grundrisse in das DFM-Tool Ihres EMS-Partners zu exportieren. Der DFM-Bericht markiert Pads, die außerhalb des empfohlenen Bereichs IPC-7351 liegen. Ignorieren Sie diese Flags nicht. Ein Pad, das 10 % größer als empfohlen ist, verursacht möglicherweise nicht auf jeder Platine einen Defekt, erhöht jedoch die statistische Wahrscheinlichkeit von Lötbrücken, insbesondere auf Platinen mit hoher Dichte.

> Practical note: If you are using a non-standard component package, such as a custom module or a chip-scale package with unusual lead geometry, send the component datasheet to your assembler before tooling. The stencil design and land pattern may need to be adjusted together.

BGA Escape Routing und Via-in-Pad: Die versteckten Risikotreiber

BGA Escape-Routing und Via-in-Pad-Design sind die beiden Layout-Entscheidungen, die sich am direktesten auf die Anforderungen an das Schablonendesign und die Röntgenprüfung auswirken. Wenn Sie einen BGA in Ihrem Entwurf haben, müssen Sie das Escape-Routing-Muster überprüfen, bevor Sie sich auf einen PCBA-Partner festlegen.

Bei einem Rastermaß von 1,0 mm BGA können Sie normalerweise mithilfe von Standard-Routing-Regeln ein einzelnes Via zwischen den Pads verwenden. Bei einem Rastermaß BGA von 0,8 mm müssen Sie prüfen, ob die Via-Pad- und Leiterbahnbreite zwischen die BGA-Pads passt, ohne den Abstand der Lötmaske zu beeinträchtigen. Für einen Rastermaß von 0,5 mm BGA benötigen Sie mit ziemlicher Sicherheit Via-in-Pad- oder Microvia-Strukturen, was den Herstellungs- und Montageprozess verändert.

Via-in-Pad ist ein besonderer Risikofaktor, da es das Lotpastenvolumen beeinflusst. Wenn eine Durchkontaktierung im BGA-Pad platziert wird, kann beim Reflow Lötpaste in die Durchkontaktierung fließen. Wenn die Durchkontaktierung nicht gefüllt und verschlossen ist, weist die Lötstelle möglicherweise nicht genügend Lotvolumen auf, was zu Öffnungen oder Head-in-Pillow-Defekten führt. Wenn die Durchkontaktierung mit nichtleitendem Epoxidharz gefüllt ist, kann die thermische Ausdehnung des Epoxidharzes beim Reflow die BGA-Kugel nach oben drücken, wodurch ein Spalt zwischen der Kugel und dem Pad entsteht.

Überprüfen Sie beim Überprüfen von Via-In-Pad-Designs Folgendes:

• Ist das Via gefüllt und verschlossen oder ist es offen? Offene Durchkontaktierungen erfordern ein anderes Schablonendesign und möglicherweise einen Lotpastenauftrag, der dicker als die Schablone ist.
• Ist der Via-Durchmesser im Verhältnis zum Pad klein genug? Eine Durchkontaktierung, die größer als 25 % des Pad-Durchmessers ist, führt zu einer erheblichen Dochtwirkung des Lots.
• Liegt das Via in der Mitte des Pads oder ist es versetzt? Versetzte Durchkontaktierungen erzeugen eine ungleichmäßige Lotbenetzung und können dazu führen, dass sich die BGA-Kugel während des Reflow-Lötens verschiebt.

BGA Escape Routing bestimmt auch, ob Ihr Monteur die automatisierte Röntgeninspektion effektiv nutzen kann. Wenn die Fluchtleiterbahnen zwischen Pads verlegt werden, zeigt das Röntgenbild sowohl die Leiterbahnen als auch die Lötstellen, wodurch es schwieriger wird, Hohlräume oder Öffnungen zu erkennen. Liegt die Fluchtwegführung auf Innenlagen, ist das Röntgenbild sauberer und Defekte lassen sich leichter erkennen.

Betrachten Sie als konkretes Beispiel eine 0,5-mm-Teilung BGA mit 256 Kugeln. Wenn Sie die beiden äußeren Reihen auf der obersten Schicht verlegen und für die inneren Reihen Via-in-Pads verwenden, benötigen Sie eine Schablone mit Öffnungen, die kleiner als die BGA Pads sind, um zu verhindern, dass Lotpaste in die Durchkontaktierungen fließt. Ihr Monteur muss eine Schablone mit einer Dicke von 0,1 mm oder weniger verwenden und die Pastenabgabe muss mit einem Lotpasten-Inspektionssystem (SPI) überprüft werden. Wenn Ihr Layout offene Durchkontaktierungen verwendet, muss der Monteur die Lötpaste möglicherweise in zwei Durchgängen auftragen, was die Kosten und die Zykluszeit erhöht.

Stapelaufbau, Kupfergewicht und Reflow-Profilkompatibilität

Ihr PCB-Aufbau und Ihr Kupfergewicht wirken sich direkt auf das Reflow-Profil und das thermische Verhalten der Platine beim Löten aus. Ein Layout, das auf einer 1,6-mm-4-Lagen-Platine mit 1 Unze Kupfer gut funktioniert, kann auf einer 0,8-mm-8-Lagen-Platine mit 0,5 Unzen Kupfer fehlschlagen, da die thermische Masse und die Wärmeableitung unterschiedlich sind.

Wenn Sie das SMT-Assembly-Risiko aus dem Stapel bewerten, überprüfen Sie die folgenden Variablen:

• Platinendicke: Dünne Platinen (weniger als 1,0 mm) sind beim Reflow anfälliger für Verformungen. Eine Verformung kann dazu führen, dass BGA-Kugeln den Kontakt mit den Pads verlieren, was zu Öffnungen führt. Wenn Ihre Platine dünn ist, muss Ihr Monteur möglicherweise eine Stützvorrichtung verwenden oder das Reflow-Profil anpassen, um den Temperaturgradienten zu verringern.
• Kupfergewicht: Schweres Kupfer (2 Unzen oder mehr) erhöht die thermische Masse der Platine, was bedeutet, dass das Reflow-Profil länger sein muss oder die Spitzentemperatur höher sein muss, um eine ordnungsgemäße Lotbenetzung zu erreichen. Schweres Kupfer macht es außerdem schwieriger, eine gleichmäßige Erwärmung auf der gesamten Platine zu erreichen, was bei kleinen Bauteilen zu Tombstoning führen kann.
• Laminatmaterial: Standard FR-4 hat eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 130–140 °C. Wenn Sie bleifreies Lot mit einer Reflow-Spitzentemperatur von 245–260 °C verwenden, ist die Platine einer erheblichen thermischen Belastung ausgesetzt. Laminate mit hoher Tg (170 °C oder höher) sind widerstandsfähiger gegen Verformung und Delaminierung, aber sie sind teurer und können andere Wärmeausdehnungseigenschaften aufweisen.
• Anzahl der Schichten: Eine höhere Anzahl an Schichten erhöht die Steifigkeit des Boards, was die Verformung verringert, aber sie erhöhen auch die thermische Masse und machen es schwieriger, eine gleichmäßige Erwärmung zu erreichen. Eine 12-Lagen-Platine erfordert ein anderes Reflow-Profil als eine 4-Lagen-Platine mit denselben Komponenten.

Das Reflow-Profil ist nicht nur ein Herstellungsparameter; es handelt sich um eine Designbeschränkung. Wenn Ihr Layout große Kupferflächen in der Nähe kleinerer Komponenten platziert, erwärmen sich die kleinen Komponenten schneller als das umgebende Kupfer, was dazu führen kann, dass sie vor den größeren Komponenten aufschmelzen. Dies ist eine häufige Ursache für Tombstoning und Skewing auf Mixed-Technology-Boards.

Ein praktischer Überprüfungsschritt besteht darin, das thermische Profil Ihrer Platine mit Ihrem CAD-Tool oder der thermischen Modellierungssoftware Ihres Monteurs zu simulieren. Wenn Sie keinen Zugang zur Simulation haben, überprüfen Sie zumindest die allgemeine Kupferverteilung. Wenn Sie auf der einen Seite große Kupferfüllungen und auf der anderen kleine Pads haben, sollten Sie in Betracht ziehen, thermische Entlastungen hinzuzufügen oder die Kupferfüllung anzupassen, um die thermische Belastung auszugleichen.

Eine entsprechende Diskussion darüber, wie sich PCB-Markttrends und Branchenaussichten auf das Montagerisiko auswirken, finden Sie unter So bewerten Sie das SMT-Montagerisiko anhand von PCB-Markt- und Branchenaussichtstrends.

BOM Vollständigkeit und Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Das Beschaffungs- und Handhabungsrisiko

Der BOM ist die am häufigsten übersehene Quelle des SMT-Assembly-Risikos. Ein Layout kann perfekt sein, aber wenn der BOM unvollständig ist, kann der Monteur nicht die richtigen Komponenten beschaffen und der Montageprozess verzögert sich oder ist fehlerhaft.

Wenn Sie das Montagerisiko von SMT anhand von BOM bewerten, überprüfen Sie Folgendes:

• Herstellerteilenummern (MPNs): Jede Komponente muss über eine vollständige MPN verfügen, die den Verpackungstyp, die Toleranz, die Temperaturbewertung und die Verpackung (Band und Rolle, Tablett oder Tube) enthält. Ein BOM mit nur einer Beschreibung wie „10k-Widerstand 0402“ reicht nicht aus, da es Hunderte von 10k-Widerständen in 0402-Gehäusen mit unterschiedlichen Toleranzen, Leistungswerten und Temperaturkoeffizienten gibt.
• Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL): Komponenten mit MSL 3 oder höher müssen vor dem Reflow-Löten eingebrannt werden, wenn sie Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt waren. Wenn Ihr BOM die MSL nicht angibt, muss der Assembler den schlimmsten Fall annehmen, was zu höheren Kosten und mehr Zeit führen kann. J-STD-020 definiert die MSL-Klassifizierung und J-STD-033 definiert die Handhabungs- und Backverfahren.
• Alternative Teilenummern: Wenn Sie alternative Teile genehmigt haben, fügen Sie diese in den BOM ein. Dies gibt dem Monteur Flexibilität bei der Beschaffung und verringert das Risiko von Fehlbeständen.
• Menge und Referenzbezeichner: Der BOM muss die Menge pro Platine und die Referenzbezeichner für jede Komponente enthalten. Dadurch kann der Assembler überprüfen, ob die Schwerpunktdaten mit BOM übereinstimmen.

Feuchtigkeitsempfindlichkeit ist ein spezifisches Risiko, das oft ignoriert wird. Ein Bauteil mit MSL 4 hat eine Bodenlebensdauer von 72 Stunden bei 30 °C und 60 % relativer Luftfeuchtigkeit. Wenn das Bauteil länger als 72 Stunden Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, kann die Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses beim Reflow verdampfen und zu „Popcorn“-Rissen oder Delaminierung führen. Dies ist äußerlich am Bauteil nicht sichtbar, kann aber zu inneren Schäden führen, die zu Feldausfällen führen.

Wenn Sie einen BOM an Ihren Assembler senden, schließen Sie die MSL für jede Komponente ein. Wenn Sie nicht über die MSL verfügen, fragen Sie Ihren Komponentenlieferanten nach der J-STD-020-Klassifizierung. Wenn Sie eine Komponente verwenden, die nicht mehr in Produktion ist, ist die MSL möglicherweise nicht verfügbar und der Monteur muss sie als MSL 5 behandeln (im schlimmsten Fall) und sie vor der Montage backen.

Eine entsprechende Diskussion darüber, wie sich PCB-Montage- und Chip-on-Board-Trends auf das Risiko auswirken, finden Sie unter So bewerten Sie das SMT-Montagerisiko aus PCB-Montage- und COB-Trends.

DFM Review: Die praktische Methode zur Risikoreduzierung vor dem Werkzeugeinsatz

Der effektivste Weg zur Bewertung des SMT-Montagerisikos besteht darin, eine Konstruktionsprüfung für die Herstellbarkeit (DFM) durchzuführen, bevor Sie sich für die Werkzeugausstattung entscheiden. Bei einer DFM-Überprüfung werden Ihre Gerber-Dateien, Schwerpunktdaten und BOM anhand der Prozessfähigkeiten Ihres Assemblers überprüft und potenzielle Fehler gemeldet.

Eine DFM-Überprüfung sollte Folgendes überprüfen:

• Flächenmusterabmessungen gemäß IPC-7351 Empfehlungen.
• Lötmaskenabstand und Splittererkennung. Lötstopplacksplitter sind dünne Maskenstreifen zwischen den Pads, die sich bei der Handhabung ablösen oder zu einer Lötbrückenbildung führen können.
• Abstand zwischen Komponenten für die Platzierung. Wenn zwei Komponenten zu nahe beieinander liegen, kann die Platzierungsdüse sie möglicherweise nicht aufnehmen und platzieren, ohne die benachbarte Komponente zu treffen.
• BGA Escape-Routing und Via-in-Pad-Strukturen. Das Tool DFM sollte alle Durchkontaktierungen kennzeichnen, die nicht gefüllt oder abgedeckt sind.
• Testpunktabdeckung für In-Circuit-Test (ICT) oder Flying-Probe-Test. Wenn Ihr Layout keine Testpunkte hat, kann der Monteur die Baugruppe nicht elektrisch überprüfen.
• Randabstand für Bestückung und Nutzentrennung. Wenn sich Komponenten zu nah an der Platinenkante befinden, können sie durch das Routing oder den V-Scoring-Prozess beschädigt werden.

Die DFM-Überprüfung sollte von Ihrem EMS-Partner durchgeführt werden, nicht nur von Ihrem CAD-Tool. Ihr CAD-Tool kann Designregeln überprüfen, aber nicht die Prozessfähigkeiten. Beispielsweise erlaubt Ihr CAD-Tool möglicherweise einen Lötstopplackstreifen von 0,1 mm, der Lötstopplackprozess Ihres Monteurs ist jedoch möglicherweise nicht in der Lage, einen so dünnen Streifen zuverlässig zu erzeugen.

Wenn Sie Ihren Entwurf zur DFM-Überprüfung senden, schließen Sie Folgendes ein:

• Gerber-Dateien (RS-274X oder ODB++).
• Schwerpunktdaten (Pick-and-Place-Datei) mit Referenzbezeichnern, X/Y-Koordinaten, Drehung und Ebene.
• BOM mit Herstellerteilenummern und MSL.
• Stapeldetails, einschließlich Schichtanzahl, Kupfergewicht und Laminatmaterial.
• Alle speziellen Prozessanforderungen, wie z. B. selektives Löten, Pressverbindungen oder konforme Beschichtung.

Die DFM-Überprüfung sollte einen Bericht erstellen, der die Risiken und empfohlenen Abhilfemaßnahmen auflistet. Lesen Sie diesen Bericht sorgfältig durch. Wenn im Bericht ein Landmusterproblem festgestellt wird, beheben Sie es in Ihrem Layout, bevor Sie die Werkzeuge genehmigen. Wenn der Bericht ein BOM-Problem meldet, klären Sie es mit Ihrem Komponentenlieferanten, bevor der Monteur die Bestellung aufgibt.

> Practical note: Do not treat the DFM report as a formality. A DFM report that flags 20 issues is not a failure; it is a list of 20 problems that you can fix before they become defects. The cost of fixing a layout issue before tooling is near zero. The cost of fixing a defect after assembly is the cost of rework, inspection, and potential field failures.

Eine entsprechende Diskussion darüber, wie sich PCB-Herstellungs- und Beschaffungstrends auf das Montagerisiko auswirken, finden Sie unter So bewerten Sie das SMT-Montagerisiko aus PCB-Herstellungs- und Beschaffungstrends.

Häufige Fehler und wann der Hersteller einbezogen werden sollte

Ingenieure machen wiederholt dieselben SMT Montagefehler. Das Erkennen dieser Fehler ist der erste Schritt, um sie zu vermeiden.

Fehler 1: Ignorieren der Landmusterempfehlungen von IPC-7351. Dies ist der häufigste Fehler. Ingenieure nutzen den Footprint des Komponentenherstellers, ohne ihn mit der Norm zu vergleichen. Das Ergebnis sind entweder zu schwache Lötstellen (untergroße Pads) oder die zu Brückenbildung neigen (übergroße Pads).

Fehler 2: Durchkontaktierungen zu nah an den Pads platzieren. Eine Durchkontaktierung, die innerhalb des Lötstoppmaskenspielraums eines Pads platziert wird, kann dazu führen, dass Lot von der Verbindung abfließt. Dies ist besonders problematisch bei Fine-Pitch-Komponenten, bei denen der Pad-zu-Via-Abstand klein ist.

Fehler 3: Verwendung eines Via-In-Pads ohne ordnungsgemäße Füllung. Wenn Sie Via-In-Pad verwenden, müssen Sie den Prozess zum Füllen und Verschließen von Vias in Ihren Fertigungshinweisen angeben. Wenn Sie es dem Ermessen des Herstellers überlassen, kann es zu offenen Durchkontaktierungen kommen, die zu Dochtwirkung des Lots führen und BGA Öffnungen verursachen.

Fehler 4: Komponententoleranzen nicht berücksichtigen. Komponenten weisen Maßtoleranzen auf, und diese Toleranzen wirken sich auf das Stegmuster aus. Eine Komponente mit einem großen Toleranzbereich benötigt ein größeres Pad, um die Abweichungen auszugleichen.

Fehler 5: Senden eines unvollständigen BOM. Ein BOM ohne Herstellerteilenummern oder MSL zwingt den Assembler dazu, Annahmen zu treffen, was zu falscher Beschaffung und Handhabung führen kann.

Fehler 6: Platinenverzug nicht berücksichtigen. Dünne Platinen und Platinen mit asymmetrischer Kupferverteilung neigen beim Reflow zum Verziehen. Ein Verzug kann dazu führen, dass sich BGA öffnet und Komponenten verzerrt werden.

Der richtige Zeitpunkt, Ihren Hersteller einzubeziehen, ist, bevor Sie das Layout fertigstellen, und nicht, nachdem Sie die Gerber-Dateien zur Angebotserstellung gesendet haben. Senden Sie ein vorläufiges Layout an Ihren EMS-Partner und bitten Sie um eine DFM-Bewertung. Bei der Überprüfung werden Probleme identifiziert, die Sie in wenigen Stunden im CAD beheben können, und nicht Probleme, die nach der Herstellung der Platinen zu wochenlangen Verzögerungen und Nacharbeiten führen.

Eine entsprechende Diskussion darüber, wie sich die Baugruppentrends PCBA und PCB auf das Risiko auswirken, finden Sie unter So bewerten Sie das Baugruppenrisiko SMT aus den Baugruppentrends PCBA und PCB.

Inspektions- und Teststrategie: Anpassen des Layouts an die Verifizierungsmethode

Ihr Layout bestimmt, welche Inspektions- und Testmethoden möglich sind. Ein Layout, das nicht für die Inspektion konzipiert ist, ist schwer zu überprüfen, was das Risiko des Versands fehlerhafter Platinen erhöht.

Die automatisierte optische Inspektion (AOI) ist die Standardmethode zur Überprüfung der Qualität von Lötverbindungen an sichtbaren Bauteilen. AOI prüft das Vorhandensein von Lot, Komponenten, Polarität und Ausrichtung. Allerdings kann AOI nicht unter einen BGA oder unter eine Komponente mit einem Wärmeleitpad auf der Unterseite sehen. Für diese Bauteile benötigen Sie eine Röntgenprüfung.

Für BGAs, QFNs und andere Komponenten mit verdeckten Lötstellen ist eine Röntgenprüfung erforderlich. Das Röntgenbild zeigt die Form der Lötstelle und kann Hohlräume, Öffnungen und Brücken erkennen. Allerdings ist die Röntgeninspektion langsamer und teurer als AOI und erfordert einen erfahrenen Bediener zur Interpretation der Bilder.

Ihr Layout wirkt sich auf zwei Arten auf die Röntgenprüfung aus. Zunächst bestimmt das Fluchtwegmuster, ob das Röntgenbild klar oder unübersichtlich ist. Zweitens führt das Vorhandensein von Via-in-Pad-Strukturen zu Merkmalen, die mit Lötfehlern verwechselt werden können. Wenn Sie über ein Via-In-Pad verfügen, muss Ihr Monteur über ein Referenzbild einer nachweislich funktionierenden Platine verfügen, mit der er vergleichen kann.

In-Circuit-Test (ICT) erfordert Testpunkte auf der Platine. Wenn Ihr Layout keine Testpunkte hat, können Sie ICT nicht verwenden und müssen sich auf einen Funktionstest oder einen Flying-Probe-Test verlassen. Der Flying-Probe-Test ist langsamer als ICT, erfordert jedoch keine Testvorrichtung, wodurch er für die Produktion kleiner Stückzahlen geeignet ist.

Wenn Sie das Montagerisiko von SMT bewerten, fragen Sie Ihren Monteur, welche Inspektions- und Testmethoden er für Ihr Design verwenden wird. Wenn das Design eine Röntgenprüfung erfordert, stellen Sie sicher, dass der Monteur über die Ausrüstung und das Fachwissen verfügt, um die Bilder zu interpretieren. Wenn das Design ICT erfordert, bestätigen Sie, dass die Testpunkte zugänglich sind und dass die Testvorrichtung innerhalb Ihrer Zeitleiste erstellt werden kann.

Die Inspektions- und Teststrategie sollte Teil Ihrer DFM-Überprüfung sein. Ihr Monteur sollte Ihnen mitteilen, welche Komponenten eine Röntgenprüfung erfordern, welche Testpunkte fehlen und welche Bereiche der Platine schwer zu prüfen sind. Beheben Sie diese Probleme vor der Werkzeugherstellung und nicht erst nach der Erstmusterprüfung.

Praxisbeispiel: Ein Rastermaß von 0,5 mm BGA Design Review

Um den Bewertungsprozess zu veranschaulichen, betrachten Sie ein Design mit einem 0,5-mm-Raster BGA, einem 4-Lagen-Aufbau mit 1 Unze Kupfer und einer Mischung aus 0402- und 0201-Passivelementen.

Schritt 1: Überprüfung des Landmusters. Überprüfen Sie das Landmuster BGA anhand von IPC-7351. Der Pad-Durchmesser sollte bei einem Abstand von 0,5 mm etwa 0,25 mm betragen BGA. Bei größeren Polstern erhöht sich die Gefahr einer Brückenbildung. Überprüfen Sie die Abmessungen des 0201-Pads. Die Padbreite sollte etwa 0,25 mm und die Länge etwa 0,35 mm betragen. Bei Überdimensionierung der Pads erhöht sich die Gefahr von Tombstoning.

Schritt 2: Überprüfung des Escape-Routings. Überprüfen Sie das Escape-Routing BGA. Bei einem Rastermaß von 0,5 mm BGA können die äußeren Reihen auf der obersten Lage geroutet werden, die inneren Reihen erfordern jedoch ein Via-In-Pad. Stellen Sie sicher, dass die Durchkontaktierungen gefüllt und verschlossen sind. Wenn sie offen sind, muss das Schablonendesign angepasst werden, um zusätzliche Lotpaste aufzubringen.

Schritt 3: Stackup-Überprüfung. Der 4-Lagen-Stackup mit 1 Unze Kupfer ist Standard, aber überprüfen Sie die Kupferverteilung. Wenn sich auf der obersten Schicht in der Nähe der 0201-Komponenten ein großer Kupferguss befindet, kann die thermische Masse beim Reflow zu einer ungleichmäßigen Erwärmung führen. Erwägen Sie das Hinzufügen thermischer Entlastungen oder die Anpassung des Kupfergusses.

Schritt 4: BOM Überprüfung. Stellen Sie sicher, dass BOM Herstellerteilenummern für alle Komponenten enthält. Überprüfen Sie die MSL des BGA. Ein BGA mit einem Rastermaß von 0,5 mm hat typischerweise MSL 3 oder höher, was bedeutet, dass es vor dem Reflow-Löten gebrannt werden muss, wenn es länger als 168 Stunden der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt ist.

Schritt 5: DFM-Überprüfung. Senden Sie die Gerber-Dateien, Schwerpunktdaten und BOM an Ihren Assembler für eine DFM-Überprüfung. Bei der Überprüfung sollten alle Probleme mit der Anschlussflächenstruktur, Lötstopplacksplitter und Probleme mit der Kontaktierung im Pad festgestellt werden. Beheben Sie die Probleme vor der Werkzeugbereitstellung.

Schritt 6: Prüfplan. Bestätigen Sie, dass der Monteur die Röntgenprüfung für BGA und AOI für die sichtbaren Komponenten verwendet. Wenn das Design über ein Via-In-Pad verfügt, fordern Sie ein Referenz-Röntgenbild einer nachweislich funktionsfähigen Platine an.

Dieser Vorgang dauert einige Stunden, kann aber wochenlange Nacharbeiten und Inspektionsverzögerungen ersparen. Der Schlüssel liegt darin, dies zu tun, bevor Sie sich an einen PCBA-Partner binden, und nicht, nachdem die Platinen hergestellt sind.

Omini kann als EMS-Anbieter diese Bewertung unterstützen, indem es Ihre Designdateien überprüft und DFM Feedback vor der Werkzeugbereitstellung gibt. Das Ziel besteht darin, das Montagerisiko in der Entwurfsphase zu identifizieren und zu mindern, wo die Änderungskosten am niedrigsten sind.