BGA虚焊的形成原因及可能解决的方法

2020-05-19 12:01:49 967

BGA封装IC碰到NWO问题该如何处理? 其实一般的NWO(Non Wet Open)几乎都发生在BGA封装IC的边缘及角落,而其原因也大多是因为BGA的载板(substrate)或PCB流经回焊(reflow)炉时板子材料不耐高温变形所致,其现象的具体呈现其实与HIP(Head-In-Pillow,枕头效应) 也极为类似。


这NWO(Non Wet Open)发生的可能原因有很多,比如说板材变形、焊垫/焊盘氧化、温度热能未达到融锡要求、防焊印刷偏移... 等,不过有80%以上的问题几乎都来自于板材变形。


另外,从NWO发生的现象观察,其不良现象或许有机会可以使用X-Ray检查出来,因为印刷在NWO焊垫上的锡膏经过回焊后几乎全被BGA的锡球给吸走了,照这种逻辑来推论,那么发生NWO位置的锡球应该会比其他正常的锡球来得大才对,所以有机会用X-Ray检查出来。


解决方法:其实不论你想解决HIP或NWO,其方法不外乎降低板弯板翘的发生率与增加BGA焊垫的锡膏量两种。 目前虽然有对策但却仍无法100%解决,或是投资与收获不成正比,所以得自己判断如如才是最有效降低其不良率的方法。


NWO发生原因:板材变形


电路板在流经回焊炉的恒温浸泡区(soak zone)时,电路板会因为受热而开始慢慢地弯曲变形,因为一般电路板大概只会选用Tg>150(Tg为玻璃转换温度)左右的板材来节省成本,随着回焊炉内的温度越来越高,电路板的变形会越来越严重,另外,板材厚度越薄及所负载的零件重量越重时,其变形量也会越加明显。


有些原本焊接在PCB焊垫上的锡膏会黏在BGA的锡球上,随着温度渐渐升高,BGA的锡球与电路板间空隙越来越大,锡膏会渐渐地被带往锡球的方向,到最后全部黏在BGA的锡球上,当炉温到达融锡温度时,BGA的锡球与电路板焊垫间的空隙也来到了最大,也就是说当锡球与锡膏完全熔融时并未接触到电路板的焊垫, 直到回焊炉的温度再次回到焊锡的熔点前都未能接触到焊垫。


当回焊炉开始降温到低于焊锡的熔点之后,电路板也逐渐从弯曲变形中慢慢恢复到原始状态(事实上有些状况根本回不来),但这时候所有沾附在BGA锡球上的锡膏早都已经与锡球融为了一体,冷却后再与焊垫接触时就只会像公交车站般靠在电路板的焊垫上而已,两者并未焊接在一起,当板子因为某些情况再发生稍微变形,就会形成开路, 这大概就是电路板焊垫上无锡NWO的现象。


NWO发生原因:焊垫/焊盘氧化


依据上面的解说,其实NWO的现象就是焊垫上没有吃锡,所以,如果有焊垫/焊盘出现氧化,就算板子没有因为温度而变形也会造成同样的现象Non-Wet现象。


解决方法:如果是焊垫氧化,当然就得处理PCB啰!


NWO发生原因:焊垫温度热能未达到融锡要求


另外一个造成NWO的原因是焊垫的温度无法有效达到融锡的要求,这种现象通常发生在BGA中间的锡球部份,或是连接有大片铜箔的接地焊垫。


BGA中间的位置,尤其锡球颗数较多的大型BGA封装,其底下焊垫的升温因为受到本体的阻隔,所以受热升温会从最外围的焊垫开始往内延伸,如果回焊温度曲线调整的不好,就有可能造成BGA中间区域的焊垫未受热完全就开始降温,以致形成NWO的情形。


焊垫连接大面积基地铜箔会拉低焊垫温度上升的速度,因为大部分的热能都被接地铜箔给吸走了,当其他焊垫已经达到了融锡的温度时,这些连接了大面积铜箔的焊垫却还未达能到该有的温度,于是焊垫上的锡膏就会被BGA上温度比较高的锡球给抢走,一旦回焊炉的温度开始下降,就会形成NWO的现象。


解决方法:一般的建议会先调整回焊炉温的曲线以得到优化,这样也是最便宜的方法,可以考虑增加恒温浸泡区(soak zone)的时间,让所有的焊垫都可以达到一定的温度后才进入回焊区(reflow zone)。


另外,对于连接到大面积铜箔的焊垫建议要变更布线增加【热阻焊垫/限热焊垫(thermal relief)】的设计,以求有效降低大部分热能被大面积铜箔吸走的机会。


标签: pcba

微信公众号