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(廣東技術師范學院工業(yè)實訓中心SMT培訓)0前言在SMT生產中，BGA、QFN、CSP等無引腳的元器件，在進行焊接時，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一些在所難免的空洞（氣泡）現象的產生。焊點內部發(fā)生空洞的主要成因是FLUX中的有機物經過高溫裂解后產生的氣泡無法及時逸出。在回流區(qū)FLUX已經被消耗殆盡，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象。目前，一般使用X-Ray設備進行檢查空洞的面積，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，常常認為是符合接受標準標準（如IPC-A-610D8.2.12.4），因此在檢驗時沒有引起足夠的重視。在眾多的空洞現象中發(fā)現，產生空洞現象與焊料本身的表面張力有著直接的聯系。錫膏的表面張力越大，高溫裂解的氣泡越難逸出焊料球，氣泡被團團包圍在錫球之中（無-3鉛焊料的表面張力達到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、被錫球團團包圍的機率就相當小（有鉛焊料的表面張力達到3。80-3×10N/260℃,Sn63-Pb37，m.p為183℃）。已經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，有機物就會向外面逃脫，所以有機物殘留在焊點中的機率是相當小的，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，無鉛焊料中的有機物

4、就很難從焊球中分解出來，有機物常常被包圍在焊球中，冷卻后就會形成空洞現象。從焊點的可靠度來講，空洞現象會給焊點帶來不可估計的風險，同時空洞現象比較嚴重的話，還影響焊點的電氣連接，影響電路的暢通。所以空洞現象必須引起SMT業(yè)界人士的高度重視。1空洞的驗收標準業(yè)界空洞的驗收標準大部分都沒有確定，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論：從設計上減少空洞的產生，即焊盤上的微孔不在此標準考慮的范圍之內?？斩吹臉藴视煽蛻艉椭圃焐讨g協商。制造商可以

5、利用各種實驗分析的結果，制定最終空洞的驗收標準?？山邮?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空洞驗收標準，但是在眾多的國際大廠中又有許多廠家是不承認此標準的，即比此標準更加嚴格，更加苛刻。例如，IBM認為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。當然，空洞面積越小越好，更小的空洞面積需要更強的工藝去支持。但是IPC-A-610D中卻沒有對QFN的氣泡（

6、空洞）做相應的規(guī)定，對于這一點IPC卻沒有說明，真是遺憾！現階段有許多QFN器件是用在光纖通信領域中，這對氣泡要求是相當高的。2空洞的成因與改善2.1助焊劑活性的強弱影響前面已經論述過，空洞現象的產生主要是助焊劑中的有機物經過高溫裂解后產生氣泡很難逸出，導致氣體被包圍在合金粉末中。從過程中可以看出，關鍵在有機物經過高溫裂解后產生的氣泡，其中有機物存在的主要方式有：錫膏中的助焊劑，其它的有機物，波峰焊的助焊劑或者是浮渣的產生等等。以上的各種有機物經過高溫裂解后形成氣體，由于氣體的比重是相當小的，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，進而形成空洞。如果有機物產生氣體的浮力比焊料的表面張力小，那么助焊劑中的有機物經過高溫裂解后，氣體就會被包圍在錫球的內部，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象。從錫膏廠商我們可以了解到助焊劑活性的強弱,溶劑的沸點等等。然而，當助焊劑較多活性較強時，空洞產生的機率是相當小

8、的，即使產生空洞現象，其產生的空洞面積也是相當少。原因是FLUX的活性較強，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。此時待焊表面露出干凈的金屬層，錫膏就會有很好的擴散性和潤濕性。焊接中的拒焊，縮錫現象也大大的減少，那么助焊劑的殘留物被包圍的機率也就不大了，當然，空洞產生的機率就會減少。如果助焊劑的活性不強，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，進而阻止合金粉末與待焊金