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BGA CSP QFN器材焊点空洞剖析二:空洞的成因与改进
来源:廣州煌牌自動設備有限公司    日期:2013-06-25    浏览量:

  1、助焊剂活性的强弱影响

  前面现已讨论过,空洞现象的产生首要是助焊剂中的有机物通过高温裂解后产生的气泡很难溢出,致使气体被围住在合金粉末中。从过程中能够看出,主要在有机物通过高温裂解后产生的气泡,其间有机物存在的主要方式有:其它的有机物,锡膏中的助焊剂,波峰焊的助焊剂或许是浮渣的产生等等。以上的各种有机物通过高温裂解后构成气体,由于气体的比重是适当小的,在回流焊中气体会悬浮在焊料的外面上,气体最终会溢出去,不会逗留在合金粉末的表面上。但是,在焊接的时候必要考虑焊料的表面张力,及被焊元器材的重力,因而,要联系锡膏的表面张力,元器材的自身重力去剖析气体为什么不能溢出合金粉末的表面,进而构成空洞。若是有机物产生气体的浮力比焊料的表面张力小,那么助焊剂中的有机物通过高温裂解后,气体就会被围住在锡球的内部,气体深深的被锡球所吸住,这时气体就很难溢出去,此刻就会构成空洞现象。

  从锡膏厂商我们能够知道到助焊剂活性的强弱,溶剂的沸点等等。但是,当助焊剂较多活性较强时,空洞产生的机率就会相对减小,即便产生空洞现象,其产生的空洞面积也是相当小的。原因是FLUX的活性较强,在待焊界面的氧化能力就弱,去掉焊接表面的污物和氧化物就强。这上时候待焊表面露出洁净的金属层,锡膏就会有极好的分散性和潮湿性。焊接中的拒焊,缩锡现象也大大的削减,那么助焊剂的残留物被围住的机率也就不大了,当然,空洞产生的机率就会削减。若是助焊剂的活性不强,待焊表面的污物和氧化物就不容易被去掉,表面氧化物和污物就会逗留在被焊金属的表面,进而阻止合金粉末与待焊金属表面焊接,此刻就会构成不良的IMC合金层。若是被焊的表面较严重,这个时候根本不能构成Cu6Sn5IMC合金层,一般我们就会以为是拒焊或许是缩锡现象。

  2、与锡膏中FLUX的粘度有关

  当助焊剂的粘度相对较高时,其间松香的含量也是比拟高的。这时助焊剂去掉表面氧化物的能力及去掉表面污物的能力就越强,缩锡与拒焊的现象就大大的削减了,焊接就会构成良好的IMC合金层,气泡也是随之削减,焊点的机械强度也就提高了,一起焊点的电气功能也随之加强。

  3、与焊盘表面的氧化程度有关

  当焊盘表面的氧化程度和污物程度越高,焊接后生成的空洞也就越多。由于PAD氧化程度越大,需要极强的活性剂才可以赶开被焊物表面的氧化物。特别是OSP(Organic Solderability Preservatives)表面处理,OSP焊盘上的一层有机保护膜是很难被赶开的。若是焊盘表面氧化物不能被及时驱赶开,氧化物就会逗留在被焊接物的表面,此刻氧化物就会阻止合金粉末与被焊接的金属表面触摸,然后构成不良的IMC,此刻就会产生缩锡(拒焊)现象。表面氧化相对严重,有机物经高温分化的气体就会藏在合金粉末中,一起加上无铅的表面张力大,合金的比重也是比较大,所以气体就很难逃出,气体就会被围住在合金粉末中。当然,空洞就自然构成了。若是要防止此类现象的发生,就有必要防止锡膏和被焊金属表面的氧化物,不然,是没有其它办法能够削减空洞或许缩锡(拒焊)现象的。

  4、溶剂沸点的影响

  不管是波峰焊接前或是锡膏自身的溶剂,它们两者之间沸点的凹凸直接影响BGA空洞的巨细和空洞构成的概率。溶剂的沸点越低,构成空洞的机率就会越多。因而我们能够选用高沸点的溶剂来防止空洞现象的产生。若是溶剂的沸点越低,在恒温区或回流区溶剂就现已挥发了,剩余的仅仅是高粘度难以移动的有机物了,只好被团团围住。同时,PCB打印锡膏后尽量不要长时时放置在空气中(一般2小时以内完成作业),防止锡膏吸收空气中的水分或锡膏与空气触摸产生氧化的现象。这样会额外添加空洞现象的产生。所以在选用锡膏的时候尽量选用高沸点溶剂的锡膏,来削减空洞现象的产生。

  5、PCB的表面处理办法不相同

  当前业界表面处理首要有以下6种方法:

  (1)有机保护膜(OSP,Organic Solderability Preservatives)

  (2)化镍浸金(ENIG,Electroless Nickeland Immersion Gold)

  (3)浸镀银(I-Ag,Immersion Silver)

  (4)浸镀锡(I-Sn,Immersion Tin)

  (5)浸镀铋(I-Bi,Immersion Bismuth)

  (6)喷锡(HASL,Hot Air Solder Levelling)

  以上6种方法为业界现阶段的不同表面处置方式,不相同的表面处理产生空洞的机理是相同的,仅仅是产生空洞的概率和数量不相同罢了。其间OSP表面处置产生空洞现象愈加显着,其保护膜与焊垫界面产生空洞的概率也最多。保护膜越厚,产生空洞的概率就越大。一般OSP的厚度为0.2微米~0.5微米之间,最好在0.35微米左右。OSP的厚度能够用UV分光光度计或运用扫描电子显微镜加能量色散谱仪(SEM+EDS)进行丈量。若是OSP的保护膜太厚,与此同时助焊剂的活性强度不行,在回流焊接的时候是很难将保护膜驱赶开,若是回流焊的温度曲线没有操控好也会构成OSP保护膜在高温环境再次氧化。保护膜没有被驱赶开,此层膜就会阻止IMC层的构成,若是比较严重就会构成缩锡或许拒焊现象的产生。若是在高温区产生第2次氧化现象,其成果是令人担忧的。产生了高温第2次氧化现象,即便,在PAD上涂敷助焊剂或许是助焊膏在从头回流焊,处置拒焊或许缩锡现象仍是不显着。由此可见操控OSP保护膜的厚度是十分重要的,因而做PCB的厂商有必要严厉操控好OSP表面处置的技术,防止在下流的拼装出产中产生不必要的争论。至于ENIG,HASL,I-Sn,I-Ag,I-Bi等等的表面处置同样会产生空洞,仅仅它们产生空洞的概率都差不多,与此刻的表面处置办法没有太大的差异,也就是说,产生空洞现象是有许多要素组成的,并不是单一要素所决定的。

  6、与回流曲线的联系(Profile)

  当出产线运用Profile曲线图熔点以上的时间太长时(一般217摄氏度以上的时候为30s~60s),会让助焊剂中能够蒸发的物质耗费殆尽,进而使助焊剂的粘度产生改变或者助焊剂被烧干,乃至裂解之后不能移动。这样气体就会被围住然后无法移动,导致空洞的产生。若是无法沾锡或许沾锡时得比拟慢,其结果空洞就愈加明显了。之前的Sn63Pb37,其熔点为183摄氏度,熔点以上的时间也是相当少的(一般在60s以内),这样就大大的削减了空洞的产生。而相对无铅焊接来讲,锡膏的熔点比有铅高出34摄氏度之多,其熔点以上的时间也比有铅锡膏高出许多,再加上无铅焊接的各段时间和各区段都相对较长,对助焊剂的活性提出了新的要求,需求必须强的助焊剂才能协助焊接。一般恒温区以上的时间(150摄氏度~190摄氏度)操控在60s~120s,峰值温度操控在235摄氏度~245摄氏度之间,特别是操控在240摄氏度是适当好的,这对BGA的气泡操控是适当有利的。当然进行温度操控的时候,要注意不相同的BGA的温度操控是不相同,要根据BGA封装的办法,巨细尺寸,BGA腹底锡球的工艺而定,不能千人一面的归纳。这样去了解和设置温度才算是正确合理的,也是契合逻辑的。

  7、与元器件的沾锡时间有关

  Sn63-Pb37焊料的沾锡时间是十分短的,大概在0.6s左右,而SnAgCu焊料的沾锡时刻大概在1.5s左右。同时无铅焊料的表面张力大,移动速度十分慢,焊料的潮湿性,分散性也比有铅焊料要差。在这些状况之下,有机物通过高温裂解后产生的气体是很难逃出去,气体会彻底被围住在合金层中,当然无铅产生空洞的概率要比有铅产生空洞现象的概率要大得多,这也是当今无铅化焊接课题面对的一个难题,一个要求。

  8、焊垫面积尺寸的影响

  当BGA的基板选用粘著性助焊剂进行植球时,若是植球的焊盘面积比较大时很容易产生空洞现象。并且球的半径R比较大,焊球比较扁时,空洞现象也是比较显着。由于焊盘的面积大且焊球比较扁时需要更多更强的助焊剂来协助焊接,高温裂解后的有机物残留就愈加多,有机物溢出的途径,间隔也就变大了,原因是焊盘的面积变大了。所以焊垫的面积巨细也会影响BGA空洞现象的产生。

  9、锡膏过多的吸入空气中的水分所形成的

  锡膏要依照正确的办法去运用,锡膏从冰箱中取出时至少要放在室温(25摄氏度±3摄氏度)中回温4小时,在锡膏回温中牢记不能提早翻开锡膏的封盖,也不能以加温的办法进行锡膏回温。要防止吸入空气中的水分。锡膏在上线运用之前一定要进行锡膏拌和,其意使合金粉末和助焊剂均匀的拌和,在拌和的过程中时间不能太长(大概3min),拌和的力不能太大。若是时间太长力气太大合金粉末很可能被破坏,构成锡膏中的金属粉末被氧化。若是锡膏粉末被氧化,回流焊之后产生空洞的机率将大大的增加。锡膏打印后不能放在空气中太久(一般在2小时之内),尽块进行贴片、回流作业,不然锡膏吸入太多的水分会致使空洞产生的概率增加。由此能够看出,锡膏的正确运用是十分重要的,一定要依照锡膏的正确运用办法去履行,不然PCBA回流之后的焊接缺点将大大的增加。所以,正确的运用锡膏将是确保各种焊接质量的前提条件,有必要高度注重。

  10、与BGA腹底锡球的操控技术有关

  BGA焊球的制作技术与回流焊接的技术是大同小异的。因而BGA制作厂商若是不依照BGA焊球技术去操控,其结果焊球自身就会存在很多的空洞,这样还没有过回流焊之前就产生了空洞,回流焊之后产生空洞就可想而知了。若是BGA回流技术没有操控好,焊球空洞的份额将会添加,焊点的机械功能和电气功能将遭到很大的影响,特别是机械强度。因而,在BGA上线运用之前,我们可以运用X-Ray进行查看BGA焊球的空洞现象,仅仅BGA的腹底要朝上,才能进行X-Ray检测。BGA自身空洞面积需求不超越5%。以这种办法进行查看,对回流焊后的气泡操控是大有优点的。

  三、总结

  SMT行业的高速开展,拼装密度越来越高(BGA、QFN、CSP、FinePitchIC等器材的使用),元器材越来越小型化(1005、01005元器材的使用越来越遍及),PCB基板层数的添加,对SMT制作技术提出了新的要求。新技术的引入,新技术的研制,对BGA、QFN、CSP这类器件提出了更高的需求。因而,操控BGA、QFN、CSP器件的空洞(气泡、界面微洞)将变得尤为重要。一旦这些器件的空洞面积超越IPC的规范,不光影响BGA、QFN、CSP器材的机械功能,并且还影响电气功能。所以此类器材空洞的操控就变得尤为重要了。

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