一般来说,如果有在SMT生产了角色的工程师的话,大多不喜欢两面BGA设计的PCB生产。因为板上BGA的存在本身很难生产,所以两面BGA设计的板比单面BGA设计的PCB更容易产生不良品。
有次品意味着必须无限地改善,BGA重工通常需要时间和劳力,重工后也不一定能利用。
那么,为什么两面BGA的PCB容易出次品呢。
通常BGA部件多被配置成避免第一面Reflow的缺点在第二面Reflow被放大。这些缺点包括BGA焊接球孔(void)比率的增加、HIP或WNO空临时焊接比率的增加、焊接点的脆化、BGA部件的掉落等主要问题,二次问题是两面BGA的板的修理不容易。
二次焊接后BGA焊接球孔(void)比率增加
这是因为在二次焊接的情况下,BGA锡球再次熔化,BGA内分散着的很多细孔(micro-void)有再次变成大孔void的机会,锡球的void越大,锡球的可靠性越差,IPC-77095内有规定的孔的情况下,产品会掉落受振动等外力的影响,有孔的锡球的断裂概率变高。
BGA麻雀球的洞void)不仅可以用肉眼看到,专家还对BGA麻雀的洞进行了如下分类。
Marcovoids:锡膏中的助焊剂打孔。
plaanarmicro-voids:一般在SMD-Solder-Mask-Defined中出现的板,因为有机会在防止焊接层上印刷锡膏,所以有通过焊接防止层和焊盘之间的高度差和防止焊接表面粗糙度形成的孔。
Shirinkagevoids:锡球外壁的小洞。
micro-Viavoids:焊盘/垫上Via形成的孔。
IMCmicrovoids:IMC层在IMC附近形成的孔中长时间或多次热循环后进行老化。
pinholemicro-voids:这种孔一般出现在IMC层上,由电路板上的金属层的原始细孔形成。
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IMC)(Intermetallic Component)和?IMC焊接强度和PCB的关系是?
虽然现在不能完全避免BGA锡孔voids的产生,但是在焊接炉内添加氮气N2以增加锡的润湿性,从而可以降低锡孔的发生率。
二次焊接后,焊接点脆化,耐落能力差
这是可靠性的问题,应该是不可逆的反应,并且一般在制造工厂不能进行测试。
这是因为,每经过Reflow就再次加热焊料,每加热IMC层就会变厚,即老化,铜基地的IMC(InterMetalic Component)从本来的良性Cu6Sn5变为劣性Cu3Sn。无论是哪一个金属基地PCB,IMC变厚的话,焊料就会变脆,表示无法承受掉落时的冲击力。
IMC可以作为砖块之间的水泥来想象,不同的砖块属于不同的金属,如果不在其间形成水泥IMC,则不能相互连接。水泥层越厚IMC层越厚,如果砖能耐受推拉应力,则容易从水泥层断裂,在焊接过程中成为IMC层。
关于IMC,请参照PCB焊接强度和IMC观念。
BGA部件在第2面焊接背部时掉落的风险
通常,打到第1面BGA部件在第2面通过的时候应该不会掉到焊接炉内,但是即使打ARMCPU也不会掉下来,但是如果重量重BGA的话就很难说了。
但是,在网上偶尔会有提问的网友。如果阅读文章的朋友有实际发生过的情况,可以一起讨论。
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两面BGA的设计不可避免的情况下,有没有降低风险的好建议?
老实说,这方面的工业标淮还没有被发现,但是基于以上的版面来说明两面BGA的缺点,有以下的建议。
尽量减少零件BGA。
在第一面设置了重量相对轻、尺寸相对小、锡球pitch相对大的BGA。
相对重要的BGA部件(CPU等)配置在第2面Reflow。
通常,由于PCB变形是最严重的位置,所以请不要将BGA部件配置在PCB的正中心。