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PCB工藝 增加錫膏量可以改善BGA焊接不良?

2020-05-19 12:01:49 685

如何提升BGA焊接質(zhì)量一直是SMT工程師持續追求的質(zhì)量改善目標之一,特別是針對細間球距(fine pitch)的BGA零件,一般我們對BGA的球距在0.8mm以下就會(huì )稱(chēng)其為細間距(有時(shí)各家定義會(huì )有點(diǎn)小差異)。


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BGA之所以難焊是因為其焊點(diǎn)全都集中在其本體的下方,焊接后難以用目視或AOI (Auto Optical Inspector)影像檢測儀器來(lái)檢查其焊接后的質(zhì)量,有時(shí)候既使使用X-Ray也難以判斷其是否有空焊或假焊現象。 (某些可以旋轉角度的X-Ray或是5DX有機會(huì )可以檢查BGA的空焊問(wèn)題,但這類(lèi)X-Ray檢查機所費不貲,似乎還沒(méi)達到隨線(xiàn)檢查量產(chǎn)的經(jīng)濟規模。


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成品PCB模塊


經(jīng)驗告訴我們,BGA焊接后最主要的質(zhì)量問(wèn)題幾乎都集中在HIP (Head-In-Pillow,枕頭效應,雙球效應)。 這是因電路板(PCB)流經(jīng)Reflow的回焊高溫區時(shí)容易造成PCB板材及BGA本體變形,在錫膏及BGA錫球熔融成液態(tài)時(shí)互相分離沒(méi)有接觸在一起,等電路板溫度開(kāi)始下降并低于焊錫的熔點(diǎn)后,PCB及BGA 本體的變形量也漸漸變小,可是錫膏及錫球已經(jīng)凝結變回固態(tài),以致形成雙球重迭的假焊現象,這就是有名的HIP。


而90%以上的HIP大多出現在BGA的最外排錫球或其四個(gè)角落區域,這是因為BGA封裝對角線(xiàn)的距離最長(cháng),相對的變形也就最嚴重,變形量第二嚴重的地方則是BGA最外排的錫球。


根據以上的經(jīng)驗,以及許多SMT前輩們做過(guò)的實(shí)驗顯示,增加BGA的焊錫量可以有效降低這類(lèi)因為溫度造成板材變形所造成的HIP問(wèn)題。 可是要小心錫膏量如果增加太多反而會(huì )造成焊接短路的問(wèn)題,不可不慎。


所以下面就所選擇的方法是局部增加BGA的錫膏量而不是全部的錫球焊墊都增加錫量。


改變BGA的錫膏量可以從鋼板(Stencil)來(lái)下手,基本原則就是讓BGA最外一排或四個(gè)角落的錫球錫膏印刷量,比剩余的其他錫球的錫膏量來(lái)得多,可是又不能多太多,這樣才可以在PCB與BGA本體變形時(shí)還保有足夠的錫膏與BGA底下的錫球接觸到。


當BGA錫球大于0.4mm:
將BGA外圍四個(gè)面的錫球錫膏印刷量增加,把鋼板開(kāi)成正方形與原來(lái)錫球圓焊墊形成一個(gè)內接圓,其他的錫球焊墊維持原來(lái)的量。


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當BGA錫球小于0.4mm:
BGA 外圍四個(gè)面的錫球錫膏印刷維持不變,但是其他內圍的錫球則減少錫膏量,將鋼板開(kāi)成正方形與原來(lái)錫球圓焊墊形成一個(gè)外接圓。


如此一來(lái),不論是那種尺寸的BGA,其最外圍一圈錫球的錫膏量都會(huì )比內圈的錫膏量多出16.7%左右,用來(lái)確保PCB與BGA本體流經(jīng)高溫變形時(shí)還有足夠的錫膏可以保持與BGA底下的錫球互相接觸。


下面的圖片為BGA錫球尺寸小于0.4mm,采用降低BGA內圍襲球的錫膏量所得到X-Ray,稍微留意一下可以發(fā)現最外圈的錫量(圓的直徑)比其他內圍的錫球上的錫量來(lái)得多一點(diǎn)點(diǎn)。 也就是外圈的黑色圓形直徑比內圈的圓形來(lái)得大一點(diǎn)點(diǎn)。

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