刊物及廣告資料 > 刊物簡介 > 新電子工藝 > 第201005期 專題論壇
枕頭效應的測試與預防
2010-12-06
在PCB上組裝BGA或CSP時,產生的枕頭效應(HIP)令電子製造業很苦惱。枕頭效應是由於在再流焊接過程中元件或板子翹曲所引起的,且氧化作用會使枕頭效應更為嚴重。行業急需用於評估可能產生HIP的方法。除了使用BGA返修工作臺接?用冗長乏味的染色處理外,在這項工作中引用了另外兩種簡單的方法,極小滴焊膏(Tiny Dot Paste)的方法和焊膏上加焊料球(Ball Onto Paste)的方法。極小滴焊膏的方法重點是評估焊膏的氧化阻擋能力,而焊膏上加焊料球的方法則是綜合評估抗氧滲透能力和突出的助焊能力。這兩

前言


  電子工業正朝?更小、更快、成本更低的趨勢發展。就CSP或BGA而言,元件的間距和球尺寸越來越小,但是封裝的尺寸卻提高了。由於設計的複雜性的提高,許多元件在焊接溫度下不可避免地出現翹曲,因此,導致枕頭效應(HIP)缺陷,正如圖1中的例證那樣。這種缺陷的征兆是BGA上的焊料球是施加在由凝聚的焊膏形成的焊料圓頂上。雖然,已有了機械接觸,但是,卻沒有形成冶金焊點,也沒有展示出完美的焊點形狀。此外,可能或不可能建立電氣連續性。這種缺陷類型問題是在器件上,被認為與元件類型、工藝和焊膏有關。然而,由於當今還沒有有效的測試方法來預測在特定的工藝和材料的結合上HIP現象的傾向。在選擇焊膏階段且特別要求在焊膏牢固時,這就成為一種迫切要求。在本項研究中,為評估某種焊膏可能存在的HIP問題而開發出了測試方法。同時,還對HIP形成的機理進行了討論。開發出具有極強的抗HIP的新焊膏,並用這些測試方法對其進行了評估,本文對此進行了詳細的論述。

圖2 枕頭效應缺陷實例


形成機理


  HIP的形成機理見圖2所示。由於熱膨脹係數不匹配,某些BGA或CSP封裝,或有時是PCB自身,在受熱後就有翹曲的趨向。在板級組裝階段,這種翹曲會導致焊膏與焊料凸點之間分離。進一步的加熱會導致分離的焊膏和焊料凸點熔融,如圖2所示那樣。在冷卻時,翹曲逐漸消失,最終會在焊料凸點和凝聚的焊膏形成的焊料圓頂之間再次接觸。如果翹曲非常嚴重的話,焊料可能在接觸之前就已經固化,就不可避免地失效形成相應的凝聚焊點。在某些情況下,在接觸焊料時,兩面都有可能是處於液態,但是,仍不能達到凝聚的效果。這主要歸因於在加熱過程中或早期處理時,在焊錫膏和焊料凸點上形成的氧化層將液態焊料分離了。

圖2 HIP的形成機理


封裝翹曲評估


  通過繪製在暴露於高溫下而導致的封裝翹曲曲線可對BGA或CSP翹曲的傾向進行評估,類似於焊料再流條件,使用陰影摩爾技術[1-3]。可替代的量化快速和簡單易行的方法是將BGA置於玻璃板上,並將凸點面朝下。然後,將這個BGA/玻璃板送入爐子中,使用與BGA組裝一樣的再流曲線,接?檢查凸點形狀。如果周邊或中心凸點的扁平度遠遠超過其它凸點的話,那麼,在加熱過程中,就會出現嚴重的翹曲,封裝上出現HIP的機會就會相當高。


枕頭現象的誘因


  在日常的生產組裝工藝的運行中會出現HIP征兆。然而,由於在多數情況下HIP產生率並不是特別高,這種方法是不可以接受的,因為成本高。於是,有一種較理想的可擴大HIP缺陷率的方法可用於評估HIP傾向。


BGA返修工作站


  評估誘導HIP的其中方式之一是通過使用BGA返修工作站,正如某些組裝工廠所實踐的那樣。本文論述的是在將BGA置於接合的凝聚的焊膏上之前,在再流曲線的不同階段的熱風下,使BGA和印刷焊膏保留在PCB上。在完成了整個再流循環後,對定位的BGA進行檢查以便確認是否有HIP跡象的證據。一般來說,X射線對於捕獲HIP並不是特別敏感,為了評估HIP 的傾向就需採用染色的方法。總體而言,返修工作站的方法對於HIP的潛在評估是相當有效的,不過也是非常乏味的工作。


極小滴焊膏


  由於焊料氧化層是HIP缺陷的主要原因,加劇焊料上氧化物形成可以擴大枕頭現象發生機率。在一小滴焊膏的每單位體積的高表面積條件下,對氧化就特別敏感。因此,開發了極小滴焊膏的方法,對於這種方法的測試步驟如下:


1. 往焊盤上印刷焊膏,對於焊盤尺寸規定如下。使用的模板厚度為127μ,開口尺寸與焊盤尺寸相同。焊盤呈圓形,採用了下面的NSMD OSP焊盤/間距尺寸(見圖3所示)。

圖3 焊盤/間距尺寸分別為245μ/600μ, 325μ/800μ和406μ/1000μ的NSMD OSP圓形焊盤


245μ/ 600μ
325μ/ 800μ
406μ/1000μ


2. 在自然氣氛下通過短時間的浸漬再流和長時間浸漬曲線(見圖4所示)

圖4 採用小滴焊膏方法的SS(短時間浸漬,上圖)和LS(長時間浸漬,下圖)曲線


3. 使用40倍的電子掃描顯微鏡對葡萄串性能進行檢查。圖5所示說明了似葡萄狀凸點和沒有葡萄狀物凸點。

圖5 帶有類似葡萄串的焊料凸點(左圖)和沒有類似葡萄串的焊料凸點(右圖)


4. 沉積的較小液滴的長時間溫度曲線更易產生葡萄狀物的HIP。


5. 對葡萄狀焊膏進行排列。


6. 葡萄狀物最小的凸點也是抗HIP最強的凸點。


  採用滴塗極小滴焊膏的方法是極容易實現的方法。這種方法的唯一局限性是焊膏氧化,對這種現象進行了評估,焊料凸點氧化的影響並沒有包括在其中。

成為會員可瀏覽更詳細的網上月刊內容,按此註冊成會員
內容眾多,未能盡錄,歡迎訂閱或補購
按此了解訂閱服務。
刊物內容 :