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BGA锡膏焊接不良原因分析

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浏览:- 发布日期:2016-06-16 12:00:00【
如何提升BGA锡膏焊接质量一直是SMT工程师持续追求的质量改善目标之一,特别是针对细间球距(fine pitch)的BGA零件,一般我们对BGA的球距在0.8mm以下就会称其为细间距(有时各家定义会有点小差异)。

BGA之所以难焊是因为其焊点全都集中在其本体的下方,焊接后难以用目视或AOI (Auto Optical Inspector)影像检测仪器来检查其焊接后的质量,有时候既使使用X-Ray也难以判断其是否有空焊或假焊现象。 (某些可以旋转角度的X-Ray或是5DX有机会可以检查BGA的空焊问题,但这类X-Ray检查机所费不赀,似乎还没达到随线检查量产的经济规模。

经验告诉我们,BGA焊接后最主要的质量问题几乎都集中在HIP (Head-In-Pillow,枕头效应,双球效应)。 这是因电路板(PCB)流经Reflow的回焊高温区时容易造成PCB板材及BGA本体变形,在锡膏及BGA锡球熔融成液态时互相分离没有接触在一起,等电路板温度开始下降并低于焊锡的熔点后,PCB及BGA 本体的变形量也渐渐变小,可是锡膏及锡球已经凝结变回固态,以致形成双球重迭的假焊现象,这就是有名的HIP。

而90%以上的HIP大多出现在BGA的最外排锡球或其四个角落区域,这是因为BGA封装对角线的距离最长,相对的变形也就最严重,变形量第二严重的地方则是BGA最外排的锡球。

根据以上的经验,以及许多SMT前辈们做过的实验显示,增加BGA的焊锡量可以有效降低这类因为温度造成板材变形所造成的HIP问题。 可是要小心锡膏量如果增加太多反而会造成焊接短路的问题,不可不慎。所以我们应该局部增加BGA的锡膏量而不是全部的锡球焊垫都增加锡膏量。

一般来说BGA焊接同时会有空焊及短路的情形并不多,但也不是全无可能。边上翘,形成了类似笑脸的曲线,而电路板则因为TAL过长,与回焊炉的上下炉温温差过大,两相交互作用下形成电路板板边下弯,造成了所谓的哭脸曲线。

如果这种哭、笑曲线严重变形时就会同时形成BGA的短路与空焊,只是通常都是两者同时发生才比较容易出现这样的的问题。下图可以很明显看出来BGA的笑脸与印刷电路板上的哭脸强烈挤压BGA的焊球,以致几机乎短路。 一般来说,可以考虑降低回焊炉升温的斜率,或是将BGA预热烘烤,消除其热应力,或是要求BGA生产商使用更高的Tg... 等方法来克服。

另外一些BGA的空焊可能原因有:
电路板的焊垫或BGA锡球氧化。另外印刷电路板或BGA防潮不当,也会有类似问题。
锡膏过期。
锡膏印刷不足。
温度曲线设定不良,空焊处要测炉温。另外升温太快的时候也比较容易产生上述的哭、笑脸的问题。

PCB设计问题。如Via-in-pad(通孔在垫)就会造成锡膏减少,其实也可能造成锡球空洞,吹涨锡球。

枕头效应。此现象经常发生在上述的BGA载板或印刷电路板经过回流焊时变形,当锡膏熔融的时候,BGA的锡球未接触到锡膏,在冷却的时候,BGA载板及电路板的变形减小,锡球回落接触到已经固化的锡膏。