解讀BGA、CSP封裝中的球窩缺陷

隨著B(niǎo)GA、CSP封裝器件向密間距、微型化的方向發(fā)展，無(wú)鉛制程的廣泛應(yīng)用給電子裝聯(lián)工藝帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。球窩（Pillow-head Effect）缺陷是BGA、CSP類(lèi)器件回流焊接中特有的一種缺陷形態(tài)。如圖所示，焊料球和焊錫之間沒(méi)有完全熔合，而是像枕頭一樣放在一個(gè)窩里或一個(gè)堆上。這種缺陷經(jīng)常發(fā)生在BGA、CSP器件的回流焊接中，在無(wú)鉛制程中更為突出。

圖1.球窩現(xiàn)象

球窩缺陷不易被檢測(cè)出來(lái)，因?yàn)楹噶锨蚝秃稿a之間往往有部分連接。所以電路可能能夠通過(guò)功能測(cè)試、光學(xué)檢查和ICT測(cè)試。但是，由于焊料之間沒(méi)有真正熔混，焊點(diǎn)不牢固，可能會(huì)在后續(xù)的工藝或使用過(guò)程中導(dǎo)致失效。例如，在焊接工藝之后，存在球窩缺陷的PCBA可能會(huì)在后續(xù)的組裝工藝、運(yùn)輸過(guò)程中因?yàn)闊崦浝淇s或者在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的電流負(fù)荷而失效。因此，球窩缺陷的危害性是極大的。

球窩產(chǎn)生的機(jī)理
1.錫膏或焊料球的可焊性不良。
2.錫膏印刷和貼片精度影響。如果錫膏印刷不均勻或不準(zhǔn)確，或者貼片位置偏移，會(huì)導(dǎo)致焊料球和焊錫之間的接觸不良，從而形成球窩。
3.BGA焊球的共面性不好。如果BGA封裝器件的焊球高度不一致，會(huì)導(dǎo)致部分焊點(diǎn)受力不均勻，從而造成翹曲或斷裂。
4.芯片翹曲或芯片溫度不均勻，存在溫差。如果芯片在回流焊接過(guò)程中受熱不均勻，或者在回流焊接前后發(fā)生翹曲，都會(huì)導(dǎo)致芯片與PCB基材之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，從而產(chǎn)生應(yīng)力和變形。這會(huì)使得部分焊點(diǎn)失去接觸或分離，形成球窩。

抑制球窩現(xiàn)象的措施
1.優(yōu)化回流溫度曲線，保證錫膏能夠完全液化并與焊料球充分熔合。
2.選用合適的錫膏：采用抗熱坍塌能力強(qiáng)，去CuO(Cu2O)、SnO(SnO2)效果良好的錫膏。
3.改善熱風(fēng)回流的均熱能力，最好采用“熱風(fēng)+紅外”復(fù)合加熱方式，能有效改善封裝體上溫度的均勻性。
4.加強(qiáng)對(duì)回流爐排氣系統(tǒng)的監(jiān)控，確保排氣管道順暢有效。

福英達(dá)錫膏
深圳市福英達(dá)公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的SiP系統(tǒng)級(jí)封裝錫膏Fitech siperiorTM 1550/1565，粒徑T8、T9，最小印刷/點(diǎn)膠點(diǎn)φ=70/50μm，可穩(wěn)定用于μBGA預(yù)置。在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出優(yōu)異的印刷性、脫模轉(zhuǎn)印性、形狀和穩(wěn)定保持性及足量且均勻的印刷量。長(zhǎng)時(shí)間印刷后無(wú)錫珠、橋連缺陷。

審核編輯 黃宇