以前,我在网上看到过一个网友,他们家在生产BGA的时候,总是说短路和空焊容易发生,而且是新材料。
一般来说BGA焊接的同时有空焊insufficient solder和短路(solder short)的情况不多,但是完全不是不可能的。BGA由于载波和电路板热缩率CTE的差太大,BGA载波的板边弯曲,有可能形成像笑脸一样的曲线simileup,但是电路板TAL(Time Above Liquidous)太长,所以与回流焊接炉的上下炉温度的温差太大在两相的相互作用下电路板板边下弯曲,造成了所谓的哭颜曲线(cry down)。
BGA笑脸曲线BGA基板和电路基板由于热缩率CTE的差太大,BGA基板的边缘弯曲,形成微笑那样的曲线。BGA哭颜曲线(电路板TAL(Time Above Liquidous)太长,与回流焊接炉的上下炉温差太大,两相交互作用电路板板边向下弯曲,形成所谓的哭颜曲线)。
这样的哭,笑曲线严重变形的话BGA的短路和空焊接同时形成,通常两者同时发生才容易发生这样的问题。下图显示BGA的笑容和印刷电路板的哭泣的脸强压BGA的焊接球,有几架短路。一般来说,可能需要降低回流炉升温的斜率、预热烧结BGA以除去热应力、或要求BGA制造商使用更高的Tg。
其他BGA空焊的原因如下。
电路板的垫或BGA锡球氧化。另外,印刷电路板和BGA的防潮不恰当的情况下也存在同样的问题。
锡膏过期。
锡膏印刷不足。
温度曲线((profile)的设定不良,在空焊接处测量炉温。另外,温度上升过多的话,也容易发生上述的哭和笑的问题。
设计问题。Via-in-pad(通孔位于焊盘)和锡膏减少,实际上锡球成为空洞,锡球有膨胀的可能性。(延长阅读理解:焊盘Vias-in-pad)中导通孔的处理原则)
枕头效果。该现象在上述BGA的载板或印刷电路板被回流焊接时变形dedormation,在锡膏熔化时BGA的锡球不接触锡膏,冷却时BGA的载板及电路基板的变形减少很多情况下,球会掉落在硬化的锡膏上。
一般的分析BGA空焊的方法只有以下几个(详细可以参考:BGA锡球缺点的一些检查方法):
1.用显微镜检查外壳的BGA锡球,一般只能看到最外围的锡球列,fiber即使使用光纤,最多也只能检查最外面的3列,也看不清中间。
2.X-Ray检查(最好能进行3D扫描)。检查短路很简单,检查空焊看力。
3.Red DyePenetration(红色染色试验)。这是破坏性测试,不得不使用的话,会看到断裂、空焊接的地方,需要仔细体验。
4.切片(cross section)。这个方法也是破坏性的测试,比染红的测试要费时间,特别扩大某个领域进行检查。