焊接過程中出現(xiàn)BGA空洞的原因及解決方案
BGA空洞與錫膏中的助焊膏中的活性有關(guān):空洞現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是助焊劑中的有機物經(jīng)過高溫裂解后產(chǎn)生氣泡很難逸出,導致氣體被包圍在合金粉末中。從過程中可以看出,關(guān)鍵在有機物經(jīng)過高溫裂解后產(chǎn)生的氣泡,錫膏中的助焊劑在高溫時形成氣體,由于氣體的比重是相當小的,在回流中氣體會懸浮在焊料的表面,氣體終會逸出去,不會停留在合金粉末的表面。但是,在焊接的時候耍要考慮焊料的表面張力,被焊元器件的重力,因此,要結(jié)合錫膏的表面張力,元器件的自身重力去分析氣體為什么不能逸出合金粉末的表面,進而形成空洞。如果有機物產(chǎn)生氣體的浮力比焊料的表面張力小,那么助焊劑中的有機物經(jīng)過高溫裂解后,氣體就會被包圍在錫球的內(nèi)部,氣體深深的被錫球所吸住,這時候氣體就很難逸出去,此時就會形成空洞現(xiàn)象。
當助焊膏中有較多活性較強時,空洞產(chǎn)生的機率是相當小的,即使產(chǎn)生空洞現(xiàn)象,其產(chǎn)生的空洞面積也是相當少。原因是FLUX的活性較強,在待焊界面的氧化能力就弱,去除焊接表面的污物和氧化物就強。此時待焊表面露出干凈的金屬層,錫膏就會有很好的擴散性和潤濕性,此時就會形成良好的Cu6Sn5IMC合金層。當然也不是越強越好,太強的話其有機酸、活性劑就多,產(chǎn)生的氣體就越多,形成空洞的機率就增大。這其中還與錫膏的出氣快慢有關(guān)。同方錫膏在上此方述方面表現(xiàn)非常好,已成功解決了空洞大且多的現(xiàn)象。
BGA空洞與焊盤表面的氧化程度有關(guān):當焊盤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。因為PAD氧化程度越大,需要極強的活性劑才能趕走被焊物表面的氧化物。特別是OSP(Organic Solderability Preservatives)表面處理,OSP焊盤上的一層有機保護膜是很難被趕走的。如果焊盤表面氧化物不能被及時驅(qū)趕走,氧化物就會停留在被焊接物的表面,此時氧化物就會阻止合金粉末與被焊接的金屬表面接觸,從而形成不良的IMC,此時就會產(chǎn)生縮錫(拒焊)現(xiàn)象。表面氧化比較嚴重,有機物經(jīng)高溫分解的氣體就會藏在合金粉末中,同時加上無鉛的表面張力大,合金的比重也是比較大,所以氣體就很難逃出,氣體就會被包圍在合金粉末中。當然,空洞就自然就形成了。如果要避免此類現(xiàn)象的產(chǎn)生,就必須避免錫膏和被焊金屬表面的氧化物,否則,是沒有其它辦法可以減少空洞或者縮錫(拒焊)現(xiàn)象。
助焊劑中溶劑沸點也影響B(tài)GA空洞現(xiàn)象:錫膏溶劑的沸點的高低直接影響B(tài)GA空洞的大小和空洞形成的概率。溶劑的沸點越低,形成空洞的機率就會越多。因此大家可以選用高沸點的溶劑來避免空洞現(xiàn)象的產(chǎn)生。如果溶劑的沸點越低,在恒溫區(qū)或者是在回流區(qū)溶劑就已經(jīng)揮發(fā)完畢了,剩下的只是高粘度難以移動的有機物了,只好被團團包圍。同時,PCB印刷錫膏后盡量不要長時間放置在空氣中(通常2小時以內(nèi)完成作業(yè)),避免錫膏吸收空氣中的水分或者錫膏與空氣接觸發(fā)生氧化現(xiàn)象。這樣會額外增加空洞現(xiàn)象的產(chǎn)生。所以在選用錫膏的時候盡量選用高沸點溶劑的錫膏,來減少空洞現(xiàn)象的發(fā)生。