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BGA焊點空洞的形成原因與防止


     

       東莞市銘上電子科技淺談  BGA焊點空洞的形成原因與防止BGA焊點空洞的形成原因與如何防止,東莞市銘上電子科技有限公司從事BGA助焊膏的研發工作已有10多年時間了。在這多年時間里,通過對BGA焊接的深入、持續的認識,已經開發出幾款適應不同BGA焊球類型的助焊膏。 BGA空洞會引起電流密集效應,降低焊點的機械強度。因此,從可靠性角度考慮,應減少或降低空洞。那么,如何可以降低BGA空洞?要回答這個問題,我們有必要探索一下空洞的形成原因。

        BGA空洞的形成原因有多方面,如:焊點合金的晶體結構、PCB板的設計、印刷時,助焊膏的沉積量、所使用的回流焊工藝等、焊球在制作過程中夾雜的空洞。下面我們從助焊膏的層面對GBA焊點空洞的形成與防止作一些闡述,以期減少BGA焊點空洞的形成數量。

 爐溫曲線設置不當

1) 表現在在升溫段,溫度上梯度設置過高,造成快速逸出的氣體將BGA掀離焊盤;2)升溫段的持續時間不夠長,當升溫度結束時,本應揮發的氣體還未完全逸出,這部分的氣體在回流階段繼續逸出,影響助焊體系在回流階段發揮作用。

2 助焊膏溶劑搭配不當

表現在,1)在升溫階段,快速逸出的氣體將BGA  撐起,造成錯位與隔閡;2)在回流階段,仍有相當數量的氣體從助焊膏體系中逸出,但受限于BGA與焊盤間的狹小空間,這些揮發氣體無法順暢地通過這個空間逸出,致使其擠壓熔融的焊點。

3 助焊膏潤濕焊盤的能力不足

助焊膏對焊盤的潤濕表現在它對焊盤的清潔作用。因助焊膏潤濕能力不足,無法將焊盤上的氧化層去除,或去除效果不理想,而造成虛焊。

助焊膏對BGA焊球的潤濕能力不足:與助焊膏對焊盤的潤濕能力不足相似,只不過,因焊球的合金類型不同,BGA上的氧化物的電動勢也就不同,這樣就要求助焊膏具備適應去除不同合金類型的氧化物的能力,若不匹配,則造成對BGA焊球的潤濕能力不足,導致空洞。

4 回流階段助焊膏體系的表面張力過高

主要是所用的載體(主要是松香)選擇不當,此外表面活性劑的選擇也有關系。我們在實驗過程中發現,某些活性劑不僅可以降低助焊膏體系的表面張力,也可顯著降低熔融合金的表面張力。松香與表面活性劑的有效配合可使潤濕性能充分發揮。

5 助焊膏體系的不揮發物含量偏高

不揮發物含量偏高導致BGA焊球的熔化塌陷過程中BGA下沉受阻,造成不揮發物侵蝕焊點或焊點包裹不揮發物。

6 載體松香的選用

相對于普通錫膏體系選用具有較高軟化點的松香而言,對BGA助焊膏,由于其不需要為錫膏體系提供一個所謂的抗坍塌能力(即在錫膏印刷后直到錫膏熔化這個過程中,印刷圖形完整性的保持能力),選擇具有低軟化點的松香具有重要的意義。

7 松香的使用量

與錫膏體系不同,對BGA助焊膏而言,松香的使用是為各種活性劑提供載體的作用,使這些物質在適當的時機釋放出來,發揮其作用。然而,過多的松香不僅阻礙這些物質的釋放,松香本身由于其量多,當BGA焊球塌陷(即BGA焊球與其上下的焊盤發生熔焊的這個過程)時,它卻會阻礙BGA焊球的塌陷,從而造成空洞。

故,松香的使用量應比錫膏體系中松香的使用量低得多。

造成BGA空洞的另一個原因是焊接過程中的返浸潤現象。這種現象的形成與助焊膏體系中的活性物質的作用溫度與作用的持續時間有關。在BGA回流焊接過程中,受重力的影響,BGA焊盤比SMT錫膏焊接更易出現這種不良現象。

在意識到這些影響因素之后,我們在研發過程中增加了相應的檢測措施,如我們引入了熱重分析儀,對擬采用的材料、制作出來的助焊膏進行熱學分析,直觀了解這些熱學特性,并檢驗設計設想與實際表現間存在的差異,采取措施加以克服,以最終滿足使用工藝要求;以及開展表面張力的測量工作。在不同溫度下,通過對助焊膏體系及其影響對象的表面張力的測量,最終確定合適的表面張力范圍。

以上就助焊膏引起BGA空洞的原因進行列舉與探討。與錫膏的研發類似,BGA助焊膏的研發也是一個平衡各種影響因素的過程。雖然各個因素有個獨特的作用,但就整個體系而言,它們之間又是彼此相互作用。找到各種影響因素有助于問題的解決,而尋找解決方案,特別是找到合適的材料才是最終的法寶。

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