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BGA虛焊的形成原因及可能解決的方法

2020-05-19 12:01:49 3034

BGA封裝IC碰到NWO問(wèn)題該如何處理? 其實(shí)一般的NWO(Non Wet Open)幾乎都發(fā)生在BGA封裝IC的邊緣及角落,而其原因也大多是因為BGA的載板(substrate)或PCB流經(jīng)回焊(reflow)爐時(shí)板子材料不耐高溫變形所致,其現象的具體呈現其實(shí)與HIP(Head-In-Pillow,枕頭效應) 也極為類(lèi)似。


這NWO(Non Wet Open)發(fā)生的可能原因有很多,比如說(shuō)板材變形、焊墊/焊盤(pán)氧化、溫度熱能未達到融錫要求、防焊印刷偏移... 等,不過(guò)有80%以上的問(wèn)題幾乎都來(lái)自于板材變形。


另外,從NWO發(fā)生的現象觀(guān)察,其不良現象或許有機會(huì )可以使用X-Ray檢查出來(lái),因為印刷在NWO焊墊上的錫膏經(jīng)過(guò)回焊后幾乎全被BGA的錫球給吸走了,照這種邏輯來(lái)推論,那么發(fā)生NWO位置的錫球應該會(huì )比其他正常的錫球來(lái)得大才對,所以有機會(huì )用X-Ray檢查出來(lái)。


解決方法:其實(shí)不論你想解決HIP或NWO,其方法不外乎降低板彎板翹的發(fā)生率與增加BGA焊墊的錫膏量?jì)煞N。 目前雖然有對策但卻仍無(wú)法100%解決,或是投資與收獲不成正比,所以得自己判斷如如才是最有效降低其不良率的方法。


NWO發(fā)生原因:板材變形


電路板在流經(jīng)回焊爐的恒溫浸泡區(soak zone)時(shí),電路板會(huì )因為受熱而開(kāi)始慢慢地彎曲變形,因為一般電路板大概只會(huì )選用Tg>150(Tg為玻璃轉換溫度)左右的板材來(lái)節省成本,隨著(zhù)回焊爐內的溫度越來(lái)越高,電路板的變形會(huì )越來(lái)越嚴重,另外,板材厚度越薄及所負載的零件重量越重時(shí),其變形量也會(huì )越加明顯。


有些原本焊接在PCB焊墊上的錫膏會(huì )黏在BGA的錫球上,隨著(zhù)溫度漸漸升高,BGA的錫球與電路板間空隙越來(lái)越大,錫膏會(huì )漸漸地被帶往錫球的方向,到最后全部黏在BGA的錫球上,當爐溫到達融錫溫度時(shí),BGA的錫球與電路板焊墊間的空隙也來(lái)到了最大,也就是說(shuō)當錫球與錫膏完全熔融時(shí)并未接觸到電路板的焊墊, 直到回焊爐的溫度再次回到焊錫的熔點(diǎn)前都未能接觸到焊墊。


當回焊爐開(kāi)始降溫到低于焊錫的熔點(diǎn)之后,電路板也逐漸從彎曲變形中慢慢恢復到原始狀態(tài)(事實(shí)上有些狀況根本回不來(lái)),但這時(shí)候所有沾附在BGA錫球上的錫膏早都已經(jīng)與錫球融為了一體,冷卻后再與焊墊接觸時(shí)就只會(huì )像公交車(chē)站般靠在電路板的焊墊上而已,兩者并未焊接在一起,當板子因為某些情況再發(fā)生稍微變形,就會(huì )形成開(kāi)路, 這大概就是電路板焊墊上無(wú)錫NWO的現象。


NWO發(fā)生原因:焊墊/焊盤(pán)氧化


依據上面的解說(shuō),其實(shí)NWO的現象就是焊墊上沒(méi)有吃錫,所以,如果有焊墊/焊盤(pán)出現氧化,就算板子沒(méi)有因為溫度而變形也會(huì )造成同樣的現象Non-Wet現象。


解決方法:如果是焊墊氧化,當然就得處理PCB啰!


NWO發(fā)生原因:焊墊溫度熱能未達到融錫要求


另外一個(gè)造成NWO的原因是焊墊的溫度無(wú)法有效達到融錫的要求,這種現象通常發(fā)生在BGA中間的錫球部份,或是連接有大片銅箔的接地焊墊。


BGA中間的位置,尤其錫球顆數較多的大型BGA封裝,其底下焊墊的升溫因為受到本體的阻隔,所以受熱升溫會(huì )從最外圍的焊墊開(kāi)始往內延伸,如果回焊溫度曲線(xiàn)調整的不好,就有可能造成BGA中間區域的焊墊未受熱完全就開(kāi)始降溫,以致形成NWO的情形。


焊墊連接大面積基地銅箔會(huì )拉低焊墊溫度上升的速度,因為大部分的熱能都被接地銅箔給吸走了,當其他焊墊已經(jīng)達到了融錫的溫度時(shí),這些連接了大面積銅箔的焊墊卻還未達能到該有的溫度,于是焊墊上的錫膏就會(huì )被BGA上溫度比較高的錫球給搶走,一旦回焊爐的溫度開(kāi)始下降,就會(huì )形成NWO的現象。


解決方法:一般的建議會(huì )先調整回焊爐溫的曲線(xiàn)以得到優(yōu)化,這樣也是最便宜的方法,可以考慮增加恒溫浸泡區(soak zone)的時(shí)間,讓所有的焊墊都可以達到一定的溫度后才進(jìn)入回焊區(reflow zone)。


另外,對于連接到大面積銅箔的焊墊建議要變更布線(xiàn)增加【熱阻焊墊/限熱焊墊(thermal relief)】的設計,以求有效降低大部分熱能被大面積銅箔吸走的機會(huì )。


標簽: pcba

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