bga、qfn、csp器件焊點空洞分析

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1、BGA、QFN、CSP器件焊點空洞分析計景春、伏政(廣東技術(shù)師范學(xué)院工業(yè)實訓(xùn)中心SMT培訓(xùn))0前言在SMT生產(chǎn)中，BGA、QFN、CSP等無引腳的元器件，在進(jìn)行焊接時，無論是回流焊接還是波峰焊接，無論是有鉛制程還是無鉛制程，冷卻之后都難免會出現(xiàn)一些在所難免的空洞（氣泡）現(xiàn)象的產(chǎn)生。焊點內(nèi)部發(fā)生空洞的主要成因是FLUX中的有機(jī)物經(jīng)過高溫裂解后產(chǎn)生的氣泡無法及時逸出。在回流區(qū)FLUX已經(jīng)被消耗殆盡，錫膏的粘度發(fā)生了較大的變化，此時錫膏之中的FLUX發(fā)生裂解，導(dǎo)致高溫裂解后的氣泡無法及時的逸出，被包圍在錫球中，

2、冷卻后就形成空洞現(xiàn)象。目前，一般使用X-Ray設(shè)備進(jìn)行檢查空洞的面積，通過X-Ray都可以看到焊球的空洞分布狀況。只要有些器件空洞所占面積的比例不是很大，常常認(rèn)為是符合接受標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)（如IPC-A-610D8.2.12.4），因此在檢驗時沒有引起足夠的重視。在眾多的空洞現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生空洞現(xiàn)象與焊料本身的表面張力有著直接的聯(lián)系。錫膏的表面張力越大，高溫裂解的氣泡越難逸出焊料球，氣泡被團(tuán)團(tuán)包圍在錫球之中（無-3鉛焊料的表面張力達(dá)到4.60×10N/260℃）,表面張力越小，高溫裂解后的氣泡就很容易逃出焊料球，

3、被錫球團(tuán)團(tuán)包圍的機(jī)率就相當(dāng)?。ㄓ秀U焊料的表面張力達(dá)到3。80-3×10N/260℃,Sn63-Pb37，m.p為183℃）。已經(jīng)陷入高溫裂解的氣泡，在有鉛焊料3密度較大（約8.44g/cm）的情況之下，焊料中的合金在相互擠壓下，有機(jī)物就會向外面逃脫，所以有機(jī)物殘留在焊點中的機(jī)率是相當(dāng)小的，但是無鉛就完全不一樣了。比重不但比有鉛小，而且無鉛的表面張力又比有鉛高出很多，同時熔點又比有鉛高出34℃之多（Sn63-Pb37,熔點為183℃，SAC305熔點約為217℃），在種種環(huán)境不利的情況下，無鉛焊料中的有機(jī)物

4、就很難從焊球中分解出來，有機(jī)物常常被包圍在焊球中，冷卻后就會形成空洞現(xiàn)象。從焊點的可靠度來講，空洞現(xiàn)象會給焊點帶來不可估計的風(fēng)險，同時空洞現(xiàn)象比較嚴(yán)重的話，還影響焊點的電氣連接，影響電路的暢通。所以空洞現(xiàn)象必須引起SMT業(yè)界人士的高度重視。1空洞的驗收標(biāo)準(zhǔn)業(yè)界空洞的驗收標(biāo)準(zhǔn)大部分都沒有確定，從IPC-A-610D版本中的一些初步的定義（8.2.12.4表面安裝陣列-空洞），我們可以得出以下一些結(jié)論：從設(shè)計上減少空洞的產(chǎn)生，即焊盤上的微孔不在此標(biāo)準(zhǔn)考慮的范圍之內(nèi)。空洞的標(biāo)準(zhǔn)由客戶和制造商之間協(xié)商。制造商可以

5、利用各種實驗分析的結(jié)果，制定最終空洞的驗收標(biāo)準(zhǔn)。可接受-1，2，3級空洞小于25%焊球X-Ray射線圖像的面積。缺陷-1，2，3級空洞大于25%焊球X-Ray射線圖像的面積。以上IPC中只是提到BGA空洞驗收標(biāo)準(zhǔn)，但是在眾多的國際大廠中又有許多廠家是不承認(rèn)此標(biāo)準(zhǔn)的，即比此標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，更加苛刻。例如，IBM認(rèn)為BGA的空洞面積不可超過15%，如果超過了20%就會影響焊點的可靠度，影響焊點的使用壽命。當(dāng)然，空洞面積越小越好，更小的空洞面積需要更強(qiáng)的工藝去支持。但是IPC-A-610D中卻沒有對QFN的氣泡（

6、空洞）做相應(yīng)的規(guī)定，對于這一點IPC卻沒有說明，真是遺憾！現(xiàn)階段有許多QFN器件是用在光纖通信領(lǐng)域中，這對氣泡要求是相當(dāng)高的。2空洞的成因與改善2.1助焊劑活性的強(qiáng)弱影響前面已經(jīng)論述過，空洞現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是助焊劑中的有機(jī)物經(jīng)過高溫裂解后產(chǎn)生氣泡很難逸出，導(dǎo)致氣體被包圍在合金粉末中。從過程中可以看出，關(guān)鍵在有機(jī)物經(jīng)過高溫裂解后產(chǎn)生的氣泡，其中有機(jī)物存在的主要方式有：錫膏中的助焊劑，其它的有機(jī)物，波峰焊的助焊劑或者是浮渣的產(chǎn)生等等。以上的各種有機(jī)物經(jīng)過高溫裂解后形成氣體，由于氣體的比重是相當(dāng)小的，在回流中氣體

7、會懸浮在焊料的表面，氣體最終會逸出去，不會停留在合金粉末的表面。但是，在焊接的時候必須考慮焊料的表面張力，被焊元器件的重力，因此，要結(jié)合錫膏的表面張力，元器件的自身重力去分析氣體為什么不能逸出合金粉末的表面，進(jìn)而形成空洞。如果有機(jī)物產(chǎn)生氣體的浮力比焊料的表面張力小，那么助焊劑中的有機(jī)物經(jīng)過高溫裂解后，氣體就會被包圍在錫球的內(nèi)部，氣體深深的被錫球所吸住，這時候氣體就很難逸出去，此時就會形成空洞現(xiàn)象。從錫膏廠商我們可以了解到助焊劑活性的強(qiáng)弱,溶劑的沸點等等。然而，當(dāng)助焊劑較多活性較強(qiáng)時，空洞產(chǎn)生的機(jī)率是相當(dāng)小

8、的，即使產(chǎn)生空洞現(xiàn)象，其產(chǎn)生的空洞面積也是相當(dāng)少。原因是FLUX的活性較強(qiáng)，在待焊界面的氧化能力就弱，去除焊接表面的污物和氧化物就強(qiáng)。此時待焊表面露出干凈的金屬層，錫膏就會有很好的擴(kuò)散性和潤濕性。焊接中的拒焊，縮錫現(xiàn)象也大大的減少，那么助焊劑的殘留物被包圍的機(jī)率也就不大了，當(dāng)然，空洞產(chǎn)生的機(jī)率就會減少。如果助焊劑的活性不強(qiáng)，待焊表面的污物和氧化物就不容易被去除，表面氧化物和污物就會停留在被焊金屬的表面，進(jìn)而阻止合金粉末與待焊金