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BGA CSP QFN器材焊點空洞剖析二:空洞的成因與改進
來源:廣州煌牌自動設備有限公司    日期:2013-06-25    瀏覽量:

  1、助焊劑活性的強弱影響

  前面現已討論過,空洞現象的產生首要是助焊劑中的有機物通過高溫裂解后產生的氣泡很難溢出,致使氣體被圍住在合金粉末中。從過程中能夠看出,主要在有機物通過高溫裂解后產生的氣泡,其間有機物存在的主要方式有:其它的有機物,錫膏中的助焊劑,波峰焊的助焊劑或許是浮渣的產生等等。以上的各種有機物通過高溫裂解后構成氣體,由于氣體的比重是適當小的,在回流焊中氣體會懸浮在焊料的外面上,氣體最終會溢出去,不會逗留在合金粉末的表面上。但是,在焊接的時候必要考慮焊料的表面張力,及被焊元器材的重力,因而,要聯系錫膏的表面張力,元器材的自身重力去剖析氣體為什么不能溢出合金粉末的表面,進而構成空洞。若是有機物產生氣體的浮力比焊料的表面張力小,那么助焊劑中的有機物通過高溫裂解后,氣體就會被圍住在錫球的內部,氣體深深的被錫球所吸住,這時氣體就很難溢出去,此刻就會構成空洞現象。

  從錫膏廠商我們能夠知道到助焊劑活性的強弱,溶劑的沸點等等。但是,當助焊劑較多活性較強時,空洞產生的機率就會相對減小,即便產生空洞現象,其產生的空洞面積也是相當小的。原因是FLUX的活性較強,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強。這上時候待焊表面露出潔凈的金屬層,錫膏就會有極好的分散性和潮濕性。焊接中的拒焊,縮錫現象也大大的削減,那么助焊劑的殘留物被圍住的機率也就不大了,當然,空洞產生的機率就會削減。若是助焊劑的活性不強,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會逗留在被焊金屬的表面,進而阻止合金粉末與待焊金屬表面焊接,此刻就會構成不良的IMC合金層。若是被焊的表面較嚴重,這個時候根本不能構成Cu6Sn5IMC合金層,一般我們就會以為是拒焊或許是縮錫現象。

  2、與錫膏中FLUX的粘度有關

  當助焊劑的粘度相對較高時,其間松香的含量也是比擬高的。這時助焊劑去掉表面氧化物的能力及去掉表面污物的能力就越強,縮錫與拒焊的現象就大大的削減了,焊接就會構成良好的IMC合金層,氣泡也是隨之削減,焊點的機械強度也就提高了,一起焊點的電氣功能也隨之加強。

  3、與焊盤表面的氧化程度有關

  當焊盤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,需要極強的活性劑才可以趕開被焊物表面的氧化物。特別是OSP(Organic Solderability Preservatives)表面處理,OSP焊盤上的一層有機保護膜是很難被趕開的。若是焊盤表面氧化物不能被及時驅趕開,氧化物就會逗留在被焊接物的表面,此刻氧化物就會阻止合金粉末與被焊接的金屬表面觸摸,然后構成不良的IMC,此刻就會產生縮錫(拒焊)現象。表面氧化相對嚴重,有機物經高溫分化的氣體就會藏在合金粉末中,一起加上無鉛的表面張力大,合金的比重也是比較大,所以氣體就很難逃出,氣體就會被圍住在合金粉末中。當然,空洞就自然構成了。若是要防止此類現象的發生,就有必要防止錫膏和被焊金屬表面的氧化物,不然,是沒有其它辦法能夠削減空洞或許縮錫(拒焊)現象的。

  4、溶劑沸點的影響

  不管是波峰焊接前或是錫膏自身的溶劑,它們兩者之間沸點的凹凸直接影響BGA空洞的巨細和空洞構成的概率。溶劑的沸點越低,構成空洞的機率就會越多。因而我們能夠選用高沸點的溶劑來防止空洞現象的產生。若是溶劑的沸點越低,在恒溫區或回流區溶劑就現已揮發了,剩余的僅僅是高粘度難以移動的有機物了,只好被團團圍住。同時,PCB打印錫膏后盡量不要長時時放置在空氣中(一般2小時以內完成作業),防止錫膏吸收空氣中的水分或錫膏與空氣觸摸產生氧化的現象。這樣會額外添加空洞現象的產生。所以在選用錫膏的時候盡量選用高沸點溶劑的錫膏,來削減空洞現象的產生。

  5、PCB的表面處理辦法不相同

  當前業界表面處理首要有以下6種方法:

  (1)有機保護膜(OSP,Organic Solderability Preservatives)

  (2)化鎳浸金(ENIG,Electroless Nickeland Immersion Gold)

  (3)浸鍍銀(I-Ag,Immersion Silver)

  (4)浸鍍錫(I-Sn,Immersion Tin)

  (5)浸鍍鉍(I-Bi,Immersion Bismuth)

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

  以上6種方法為業界現階段的不同表面處置方式,不相同的表面處理產生空洞的機理是相同的,僅僅是產生空洞的概率和數量不相同罷了。其間OSP表面處置產生空洞現象愈加顯著,其保護膜與焊墊界面產生空洞的概率也最多。保護膜越厚,產生空洞的概率就越大。一般OSP的厚度為0.2微米~0.5微米之間,最好在0.35微米左右。OSP的厚度能夠用UV分光光度計或運用掃描電子顯微鏡加能量色散譜儀(SEM+EDS)進行丈量。若是OSP的保護膜太厚,與此同時助焊劑的活性強度不行,在回流焊接的時候是很難將保護膜驅趕開,若是回流焊的溫度曲線沒有操控好也會構成OSP保護膜在高溫環境再次氧化。保護膜沒有被驅趕開,此層膜就會阻止IMC層的構成,若是比較嚴重就會構成縮錫或許拒焊現象的產生。若是在高溫區產生第2次氧化現象,其成果是令人擔憂的。產生了高溫第2次氧化現象,即便,在PAD上涂敷助焊劑或許是助焊膏在從頭回流焊,處置拒焊或許縮錫現象仍是不顯著。由此可見操控OSP保護膜的厚度是十分重要的,因而做PCB的廠商有必要嚴厲操控好OSP表面處置的技術,防止在下流的拼裝出產中產生不必要的爭論。至于ENIG,HASL,I-Sn,I-Ag,I-Bi等等的表面處置同樣會產生空洞,僅僅它們產生空洞的概率都差不多,與此刻的表面處置辦法沒有太大的差異,也就是說,產生空洞現象是有許多要素組成的,并不是單一要素所決定的。

  6、與回流曲線的聯系(Profile)

  當出產線運用Profile曲線圖熔點以上的時間太長時(一般217攝氏度以上的時候為30s~60s),會讓助焊劑中能夠蒸發的物質耗費殆盡,進而使助焊劑的粘度產生改變或者助焊劑被燒干,乃至裂解之后不能移動。這樣氣體就會被圍住然后無法移動,導致空洞的產生。若是無法沾錫或許沾錫時得比擬慢,其結果空洞就愈加明顯了。之前的Sn63Pb37,其熔點為183攝氏度,熔點以上的時間也是相當少的(一般在60s以內),這樣就大大的削減了空洞的產生。而相對無鉛焊接來講,錫膏的熔點比有鉛高出34攝氏度之多,其熔點以上的時間也比有鉛錫膏高出許多,再加上無鉛焊接的各段時間和各區段都相對較長,對助焊劑的活性提出了新的要求,需求必須強的助焊劑才能協助焊接。一般恒溫區以上的時間(150攝氏度~190攝氏度)操控在60s~120s,峰值溫度操控在235攝氏度~245攝氏度之間,特別是操控在240攝氏度是適當好的,這對BGA的氣泡操控是適當有利的。當然進行溫度操控的時候,要注意不相同的BGA的溫度操控是不相同,要根據BGA封裝的辦法,巨細尺寸,BGA腹底錫球的工藝而定,不能千人一面的歸納。這樣去了解和設置溫度才算是正確合理的,也是契合邏輯的。

  7、與元器件的沾錫時間有關

  Sn63-Pb37焊料的沾錫時間是十分短的,大概在0.6s左右,而SnAgCu焊料的沾錫時刻大概在1.5s左右。同時無鉛焊料的表面張力大,移動速度十分慢,焊料的潮濕性,分散性也比有鉛焊料要差。在這些狀況之下,有機物通過高溫裂解后產生的氣體是很難逃出去,氣體會徹底被圍住在合金層中,當然無鉛產生空洞的概率要比有鉛產生空洞現象的概率要大得多,這也是當今無鉛化焊接課題面對的一個難題,一個要求。

  8、焊墊面積尺寸的影響

  當BGA的基板選用粘著性助焊劑進行植球時,若是植球的焊盤面積比較大時很容易產生空洞現象。并且球的半徑R比較大,焊球比較扁時,空洞現象也是比較顯著。由于焊盤的面積大且焊球比較扁時需要更多更強的助焊劑來協助焊接,高溫裂解后的有機物殘留就愈加多,有機物溢出的途徑,間隔也就變大了,原因是焊盤的面積變大了。所以焊墊的面積巨細也會影響BGA空洞現象的產生。

  9、錫膏過多的吸入空氣中的水分所形成的

  錫膏要依照正確的辦法去運用,錫膏從冰箱中取出時至少要放在室溫(25攝氏度±3攝氏度)中回溫4小時,在錫膏回溫中牢記不能提早翻開錫膏的封蓋,也不能以加溫的辦法進行錫膏回溫。要防止吸入空氣中的水分。錫膏在上線運用之前一定要進行錫膏拌和,其意使合金粉末和助焊劑均勻的拌和,在拌和的過程中時間不能太長(大概3min),拌和的力不能太大。若是時間太長力氣太大合金粉末很可能被破壞,構成錫膏中的金屬粉末被氧化。若是錫膏粉末被氧化,回流焊之后產生空洞的機率將大大的增加。錫膏打印后不能放在空氣中太久(一般在2小時之內),盡塊進行貼片、回流作業,不然錫膏吸入太多的水分會致使空洞產生的概率增加。由此能夠看出,錫膏的正確運用是十分重要的,一定要依照錫膏的正確運用辦法去履行,不然PCBA回流之后的焊接缺點將大大的增加。所以,正確的運用錫膏將是確保各種焊接質量的前提條件,有必要高度注重。

  10、與BGA腹底錫球的操控技術有關

  BGA焊球的制作技術與回流焊接的技術是大同小異的。因而BGA制作廠商若是不依照BGA焊球技術去操控,其結果焊球自身就會存在很多的空洞,這樣還沒有過回流焊之前就產生了空洞,回流焊之后產生空洞就可想而知了。若是BGA回流技術沒有操控好,焊球空洞的份額將會添加,焊點的機械功能和電氣功能將遭到很大的影響,特別是機械強度。因而,在BGA上線運用之前,我們可以運用X-Ray進行查看BGA焊球的空洞現象,僅僅BGA的腹底要朝上,才能進行X-Ray檢測。BGA自身空洞面積需求不超越5%。以這種辦法進行查看,對回流焊后的氣泡操控是大有優點的。

  三、總結

  SMT行業的高速開展,拼裝密度越來越高(BGA、QFN、CSP、FinePitchIC等器材的使用),元器材越來越小型化(1005、01005元器材的使用越來越遍及),PCB基板層數的添加,對SMT制作技術提出了新的要求。新技術的引入,新技術的研制,對BGA、QFN、CSP這類器件提出了更高的需求。因而,操控BGA、QFN、CSP器件的空洞(氣泡、界面微洞)將變得尤為重要。一旦這些器件的空洞面積超越IPC的規范,不光影響BGA、QFN、CSP器材的機械功能,并且還影響電氣功能。所以此類器材空洞的操控就變得尤為重要了。

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