BGA、QFN、CSP器件焊点空洞分析

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顶！

北方的雪

2.7 与元器件上锡时间有也有一定的关系。
Sn63-Pb37 焊料的沾锡时间是非常短暂的，大约在0.6 s左右，而SnAgCu焊料的沾锡时间大约在1.5 s左右。同时无铅焊料的表面张力大，移动速度非常慢，焊料的润湿性，扩散性也比有铅焊料要差。在这些情况之下，有机物经过高温裂解后产生的气体是很难逃出去，气体会完全被包围在合金层中，当然无铅产生空洞的概率要比有铅产生空洞现象的概率要大得多，这也是当今无铅化焊接课题面临的一个难题，一个挑战。

北方的雪

2.6 与回流曲线的关系（Profile）
当生产线使用Profile曲线图熔点以上的时间太长时（通常217 ℃以上的时间为30 s～60 s），会让助焊剂中可以挥发的物质消耗殆尽，进而使助焊剂的粘度发生变化或者助焊剂被烧干，甚至裂解之后不能移动。这样气体就会被包围从而无法移动，导致空洞的产生。如果无法沾锡或者沾锡时间比较慢，其结果空洞就更加明显了。之前的Sn63Pb37，其熔点为183 ℃，熔点以上的时间也是相当少的（通常在60 s以内），这样就大大的减少了空洞的产生。而相对于无铅焊接来讲，锡膏的熔点比有铅高出34 ℃之多，其熔点以上的时间也比有铅锡膏高出很多，再加上无铅焊接（有铅焊接还不一样）的各段时间和各区段都比较长，对助焊剂的活性提出了新的挑战，要求必须强的助焊剂才能帮助焊接。通常恒温区以上的时间（150 ℃～190 ℃）控制在60 s～120 s，峰值温度控制在235 ℃～245 ℃之间，特别是控制在240 ℃是相当好的，这对BGA的气泡控制是相当有利的。当然进行温度控制的同时，要注意不同的BGA的温度控制是不一样，要根据BGA封装的方式，大小尺寸，BGA腹底锡球的工艺而定，不能千篇一律的概括。这样去了解和设置温度才算是正确合理的，也是符合逻辑的。同时，也可以参考BGA的零件承认书。具体情况请参阅《IPC-7095 》中BGA的设计和组装工艺的实施

北方的雪

请问有谁知道无铅化焊接对柔性线路板焊接的影响？？？
请指点
谢谢

艾杰

写的挺好的，还有一点请教下现在IC设计，很多在PAD上走通孔而又未电镀填平，在这些情况下，必然导致少锡或是空洞；这个问题在现在条件下如何规避：
是否可以加大，该PAD的钢网尺寸，增加下锡量

北方的雪

这就要看是通孔还是盲孔！盲孔是要做树脂塞孔的。
通孔一般是不允许设计在焊盘上。如果设计在焊盘上，要从SMT上改善
1、增加锡膏量
2、控制锡膏的厚度

北方的雪

2.2与锡膏中FLUX的粘度有关(通过锡膏厂家的了解）
如果助焊剂的粘度比较高时，其中松香的含量也是比较高的。此时助焊剂去除表面氧化物的能力，去除表面污物的能力就越强，缩锡，拒焊的现象就大大的减少了，焊接就会形成良好的IMC合金层，气泡也是随之减少，焊点的机械强度也就提高了，同时焊点的电气性能也随之加强
2.3与焊盘表面的氧化程度有关
当焊盘表面的氧化程度和污物程度越高，焊接后生成的空洞也就越多。因为PAD氧化程度越大，需要极强的活性剂才能赶走被焊物表面的氧化物。特别是OSP（Organic Solderability Preservatives）表面处理，OSP焊盘上的一层有机保护膜是很难被赶走的。如果焊盘表面氧化物不能被及时驱赶走，氧化物就会停留在被焊接物的表面，此时氧化物就会阻止合金粉末与被焊接的金属表面接触，从而形成不良的IMC，此时就会产生缩锡（拒焊）现象。表面氧化比较严重，有机物经高温分解的气体就会藏在合金粉末中，同时加上无铅的表面张力大，合金的比重也是比较大，所以气体就很难逃出，气体就会被包围在合金粉末中。当然，空洞就自然就形成了。如果要避免此类现象的产生，就必须避免锡膏和被焊金属表面的氧化物，否则，是没有其它办法可以减少空洞或者缩锡（拒焊）现象。

北方的雪

2.4溶剂沸点的影响（助焊剂）
不管是波峰焊接前或者是锡膏本身的溶剂，它们两者之间沸点的高低直接影响BGA空洞的大小和空洞形成的概率。溶剂的沸点越低，形成空洞的机率就会越多。因此大家可以选用高沸点的溶剂来避免空洞现象的产生。如果溶剂的沸点越低，在恒温区或者是在回流区溶剂就已经挥发完毕了，剩下的只是高粘度难以移动的有机物了，只好被团团包围。同时，PCB印刷锡膏后尽量不要长时间放置在空气中（通常2小时以内完成作业）,避免锡膏吸收空气中的水分或者锡膏与空气接触发生氧化现象。这样会额外增加空洞现象的产生。所以在选用锡膏的时候尽量选用高沸点溶剂的锡膏，来减少空洞现象的发生。

北方的雪

2.5、 PCB//FPC的表面处理方式不同
目前业界表面处理主要有以下6种方式
①有机保护膜（OSP，Organic Solderability Preservatives）
②镀//化镍浸金（ENIG Electroless Nickel and Immersion Gold）目前最常用的处理方式。
③浸镀银（I-Ag Immersion Silver）
④浸镀锡（I-Sn Immersion Tin）
⑤浸镀铋（I-Bi Immersion Bismuth）
⑥喷锡（HASL Hot Air Solder Levelling）

北方的雪

以上6种为业界现阶段的不同表面处理方式，不同的表面处理产生空洞的机理是一样的，只是产生空洞的概率和数量不同而已。其中OSP表面处理产生空洞现象更加明显，其保护膜与焊垫界面发生空洞的概率也最多。保护膜越厚，发生空洞的概率就越大。通常OSP的厚度为0.2μm～0.5μm之间，最好在0.35μm左右。 OSP的厚度可以用UV分光光度计或者使用扫描电子显微镜+能量色散谱仪（SEM+EDS）进行测量。如果OSP的保护膜太厚，同时助焊剂的活性强度不够，在回流焊接的时候是很难将保护膜驱赶走，如果回流焊的温度曲线没有控制好也会造成OSP保护膜在高温环境再次氧化。保护膜没有被驱赶走，此层膜就会阻碍IMC层的形成，如果比较严重就会造成缩锡或者拒焊现象的产生。如果在高温区发生第二次氧化现象，其结果是令人担忧的。发生了高温第二次氧化现象，即使，在PAD上涂敷助焊剂或者是助焊膏在重新回流焊，解决拒焊或者缩锡现象还是不明显。由此可见控制OSP保护膜的厚度是非常重要的，因此做PCB的厂商必须严格控制好OSP表面处理的工艺，以免在下游的组装生产中发生不必要的争执。至于ENIG, HASL, I-Sn, I-Ag, I-Bi等等的表面处理同样会产生空洞，只是它们产生空洞的概率都差不多，与此时的表面处理方式没有太大的区别，也就是说，发生空洞现象是有很多因素组成的，并不是单一因素所决定的。