PDF《66 ·焊接质量控制与管理·》

2007 所讨论的是通过X-Ray检测设备检测到的Generalization气孔,如图2所示. 2.2 BGA焊点气孔形成机理 焊点气孔的产生, 排除设计因素, 其主要来自于使用锡膏 组装于印刷电路板之制程.气孔的主要形成原因为被夹成三明 治结构的焊锡在回焊过程中, 被捕捉在焊盘和锡球上的助焊剂 排气无法挥发出, 如图3所示.因此, 尽量降低熔融焊剂内捕 捉的助焊剂剂量和提高助焊剂的挥发活性, 可有效减少气孔的 产生. 氧化物及有机污染物是捕捉助焊剂的主要成分, 因此, 在 焊锡完全熔融前, 最好能够将氧化物及有机污染物从焊盘与锡 粉中完全去除, 使助焊剂中最后残留的松香与树脂成分能够更 加充分地流动到熔融液态焊锡的表面, 隔绝氧气, 保护焊点, 防止在回焊高温下发生再氧化.锡粉的氧化物如果在焊锡熔融 前没有被助焊剂的活化剂清除, 会因焊锡熔融后其密度较小, 浮于液态焊锡的表面;

其氧化物有移动性, 助焊剂被捕捉于焊 点内的机会相对减少.焊盘上的氧化物无法移动, 在焊锡熔融 前没有被助焊剂的活化剂清除, 便会捕捉助焊剂, 在焊盘表面 被熔融焊锡包围, 并且随着回焊温度的上升, 排气的现象更加 明显, 因此, 焊盘的焊接性是气孔产生的主要原因.其它能够 改善焊盘焊锡性的因素, 如锡膏与其助焊剂的活性、回焊条件 ( Reflow Profile) 等, 也与气孔产生的密度密切相关.

3 气孔与焊点可靠性的关系 3.1 气孔对焊点可靠性的影响 对于多少小气孔或多大的气孔会对焊点可靠性产生不良的 影响, 目前没有相关研究可供引用.Motorola对PBGA焊点气孔 的研究结果显示, 利用锡膏连接的焊点是无法避免气孔产生 的.对采用有铅材料及工艺的产品而言, 焊点裂纹成长的路径 一般沿着焊点与基板界面处及焊点与BGA的Substrate结合处的 富铅相粗化区成长, 气孔并不会明显改变裂纹的成长路径.也 就是说气孔集中于焊点与基板界面处 (IMC) 以及焊点和BGA 的Substrate结合处, 恰好位于裂纹成长的路径上, 不会影响裂 纹的位置及裂纹成长方向, 却会明显影响焊点的可靠性. 降低焊点的应力和应变可增加元件的疲劳寿命, 越大的气 孔引发越高的应力或应变集中在相关少数的焊点界面, 导致焊 点疲劳寿命严重下降. 3.2 气孔与焊点可靠性关系评估 要对气孔与焊点可靠性之间的关系进行评估, 需从两方面 着手, 一方面是可靠性试验, 另一方面是焊点可靠性的评估, 主要通过切片试验来判断. 3.2.1 可靠性试验 针对PCBA的可靠性试验主要包括以下几方面: ( 1) 高温保持试验 ( HTS, High Temperature Storage Test) : 验证产品在经过高温保持试验后能否正常运行. ( 2) 高温高湿试验 ( THB, High Temperature High Humidity BIAS Test) : 验证产品在经过高温高湿试验后能否正常运行. ( 3) 冷热冲击试验(ATC, Accelerated Thermal Cycle Test) : 验证产品在经过冷热冲击试验后能否正常运行. ( 4) 跌落试验: 将电路板顺着器件面向下跌落后, 采用数 值分析的方法说明BGA焊球和电路板受到的冲击力. 3.2.2 焊点可靠性评价 可靠性试验后, 焊点的可靠性评价主要通过切片试验来实 现.图4a, b, c分别为对BGA在HTS试验, THB试验, ATC试 验后进行切片获得的图片.从图中可以看出, 器件与焊球之 间, 焊球与PCB之间均未产生裂纹, 也从一定程度上验证了非 焊点与基板界面处 (IMC) 及焊点和BGA的Substrate结合处的气 孔对焊点可靠性的影响不是很显著. 图2 X-Ray检测到的Generalization气孔 图3 BGA焊点气孔形成机理 BGA封装 焊接 PCB 可移动气孔 固定气孔 ( a) BGA焊点HTS试验后切片 ( b) BGA焊点THB试验后切片 图4 各种切片试验图 ( c) BGA焊点ATC试验后切片 ・焊接质量控制与管理・