BGA焊点之Void现象探讨.ppt

BGA焊點之Void現象探討 背景及目的 Void的種類 Void產生機制 Void產生的原因 減少BGA Void的對策 童慧平 一. 背景及目的 目前業界之BGA(Ball grid array球柵陣列結構)均是借由錫膏以 表面貼裝的方式整合于PCB(印製電路板)內，錫膏再經過迴流焊接將 BGA與PCB連接在一起，以滿足電器以及結構之要求；然而BGA在 焊接過程中產生的Void已成為影響產品可靠度的最重要的因素之一 ，爲了提高產品的可靠性，瞭解BGA內Void的產生機制以及產生的 原因便顯得尤為重要。 二. Void的種類 元件組裝過程中，在焊點中的氣孔Void是無法避免的，基本 上焊點的氣孔有兩種類型 Kirkendall氣孔與Generalization氣孔。 Kirkendall氣孔接近不同金屬的介面間，是由不同擴散速率的金屬 元素在生成介面合金層(IMC)時所產生的微小氣孔，一般X-Ray無 法偵測，必須使用掃描式電子顯微鏡方能觀察清楚； Generalization氣孔通常為焊接過程被捕捉在焊墊上的助焊劑排氣 所致，因此氣孔皆有相當尺寸且可輕易的使用X-Ray或切片手法量 測，為本文探討之對象。 三. Void的產生機制 BGA在植球製造中使用的是由高純度的焊錫經由造球塔熔融后，利用焊錫本身之表面張力形成無氣孔的錫球，而且球面上方是與大氣接觸的自由端，不會像錫膏內含有助焊劑會有揮發的氣體形成內在的氣泡，因此，在業界普遍的概念為錫球在組裝前幾乎是無氣孔存在于錫球內，焊點氣孔產生主要來自于錫膏組裝于印刷電路板之制程。 氣孔主要形成原因為被夾成三明治結構的焊錫于回焊過程中，被捕捉在焊墊或錫粉上的助焊劑排氣無法揮發出三明治結構的焊點所致，此為應用錫膏組裝元件焊點的普遍現象。 三. Void的產生機制 氧化物及有機污染物為捕捉助焊劑的主要成份。錫粉的氧化物若于焊錫熔融前未被助焊劑的活化劑清除，會因焊錫熔融后其比重較輕，而有相當比例浮于液態焊錫表面，其氧化物具移動性，助焊劑被捕捉與焊點內的機會相對減少許多；焊墊上的氧化物因無法移動，與焊錫熔融前未被助焊劑的活化劑清除，便會捕捉助焊劑于焊墊表面被熔融的焊錫包覆，且隨著溫度的上升，排氣的現象更加明顯，形成氣泡，氣泡必須成長至足夠尺寸，使其產生的浮力足以克服附著力方能浮出PCB介面，浮出的氣泡緩慢上升至上端的焊點與基板介面，由於三明治結構並沒有排氣的路徑，造成焊錫固化時絕大部份氣泡仍被包與焊點與基板介面處，形成Void 四. Void產生的原因 Void 原材料 應 用 PCB 錫膏 BGA 助焊劑沸點高 錫粉顆粒小 助焊劑活性不足 錫膏粘度偏低 助焊劑含量偏少 組裝環境相對濕度偏高 印刷錫量不足 PCB焊墊尺寸大 烘烤爐回焊爐氧含量高 Reflow profile不佳 蓋覆電鍍凹陷大 焊盤焊錫性不佳 五. 減少BGA Void的對策 1.改善印刷電路板的焊錫性； 2.增加印刷錫量(厚度，面積)； 3.改善回焊爐以及烘烤爐的密閉性； 4.降低回焊時的升溫斜率或延長預熱時間； 5.使用合適的錫膏 (助焊劑活性，錫粉顆粒大小，助焊劑含量，粘度，助焊劑沸點) 6. 設計合適大小之PCB PAD 7. 對加工環境進行管控 8.改善蓋覆電鍍工藝 * * * * * * * * * * * * * * *