BGA虚焊NWO(Non-Wet-Open)形成的原因及可能解决方法

最近常有网友询问BGA封装IC碰到NWO问题该如何处理？其实一般的NWO(Non Wet Open)中文我们暂时称它为「悬球空焊」，因为它的现象看起来就是一颗锡球虚靠在PCB的焊垫上，NWO与HIP类似几乎都发生在BGA封装IC的边缘及角落，而其原因也大多是因为BGA的载板(substrate)或PCB流经回焊(reflow)炉时板子材料不耐高温变形所致。

NWO现象的具体呈现其实与HIP(Head-In-Pillow，枕头效应)也极为类似，只是一个呈现HIP双球，而NWO则只有单球，或是小球小到看不出球型。

这NWO(Non Wet Open)发生的可能原因有很多，比如说板材变形、焊垫/焊盘氧化、温度热能未达到融锡要求、防焊印刷偏移…等，不过有80%以上的问题几乎都来自于板材变形。

另外，从NWO发生的现象观察，其不良现象或许有机会可以使用X-Ray检查出来，因为印刷在NWO焊垫上的锡膏经过回焊后几乎全被BGA的锡球给吸走了，按照这种逻辑来推论，那么发生NWO位置的锡球应该会比其他正常的锡球来得大才对，所以有机会用X-Ray检查出来，只是别太高兴，因为你不一定看得出来，建议找有经验的工程师一起检查吧。

NWO发生原因：板材变形

电路板在流经回焊炉的恆温浸泡区(soak zone)时，电路板会因为受热而开始慢慢地弯曲变形，因为一般电路板大概只会选用Tg150（Tg为玻璃转移温度）左右的板材来制作以节省成本，随着回焊炉内的温度越来越高，PCB的变形会越来越严重，因为无铅回焊的最高温会高达250˚C。另外，板材厚度越薄及所负载的零件重量越重时，其变形量也会因为重力而越加明显。

有些原本焊接在PCB焊垫上的锡膏会黏在BGA的锡球上，随着温度在回焊炉内渐渐升高，BGA的锡球与电路板间空隙越来越大，锡膏会渐渐地被带往锡球的方向，到最后全部黏在BGA的锡球上，当炉温到达融锡温度时，BGA的锡球与电路板焊垫间的空隙也来到了最大，也就是说当锡球与锡膏完全熔融时并未接触到电路板的焊垫，直到回焊炉的温度再次回到焊锡的熔点前都未能接触到焊垫。

当回焊炉开始降温到低于焊锡的熔点之后，电路板也逐渐从弯曲变形中慢慢恢復到原始状态（事实上有些状况根本回不来），但这时候所有沾附在BGA锡球上的锡膏早就已经与BGA的锡球融为了一体，冷却后再与焊垫接触时就只会虚靠在电路板的焊垫上而已，两者并未焊接在一起，当板子因为某些情况再发生稍微变形，就会形成开路，这大概就是电路板焊垫上无锡NWO的现象。

上图将NWO(Non-Wet-Open)与HIP(Head-In-Pillow)或HoP(Head-on-Pillow)在SMT的Reflow温度曲线下形成的原因稍微做了解释，基本上两者都是因为板材变形所致，只是HIP的锡膏会保留在电路板的焊垫上，但NWO则完全转移到了锡球。

解决方法：其实不论你想解决HIP或NWO，其方法不外乎降低板弯板翘的发生率与增加BGA焊垫的锡膏量两种(正确说法应该是增加锡膏的高度)。目前虽然有对策但却仍无法100％解决，或是投资与收穫不成正比，所以得自己判断要如如何做才是最有效降低其不良率的方案。

更多阅读：
板弯板翘发生的原因与防止的方法
增加锡膏量可以改善BGA焊接不良？
如何解决BGA锡球的HIP(Head-In-Pillow)虚焊问题

NWO发生原因：焊垫/焊盘氧化

依据文章前面的解说，其实NWO的现象就是焊垫上没有吃到锡，所以，如果焊垫出现了氧化，就算PCB没有因为高温而发生变形也同样会造成Non-Wet现象。

解决方法：如果是焊垫氧化，当然就得处理PCB啰！如果PCB的表面处理为ENIG，就需要特别注意浸金的厚度，较薄的金厚（小于1.0µ"），存放时可能会容易产生氧化问题。若表面处理为OSP，建议在第一次回焊完成后要尽快进行第二次回焊。

建议延伸阅读：零件掉落与电路板镀金厚度的关系

另一个与PCB表面处理有关的是HASL，如果喷锡厚度不足，过第二面回焊炉时可能会因为喷锡已经大量与底铜形成IMC，而无法在二次回焊时形成良好的润湿。

建议延伸阅读：无铅喷锡板(HASL)上锡不良原因(资料收集)

NWO发生原因：焊垫温度热能未达到融锡要求

另外一个造成NWO的原因是焊垫的温度无法有效达到融锡的要求，这种现象通常发生在BGA中间的锡球部份，或是连接有大片铜箔的接地焊垫。

• BGA中间的位置，尤其锡球颗数较多的大型BGA封装，其底下焊垫的升温因为受到本体的阻隔，所以受热昇温会从最外围的焊垫开始往内延伸，如果回焊温度曲线调整的不好，就有可能造成BGA中间区域的焊垫未受热完全就开始降温，也就是温度未达到要求就开始降温，以致形成NWO的情形。这通常发生在RTS回焊温度曲线。
• 焊垫连接大面积基地铜箔会拉低焊垫温度上升的速度，因为大部分的热能都被接地铜箔给吸走了，当其他焊垫已经达到了融锡的温度时，这些连接了大面积铜箔的焊垫却还未达能到该有的温度，于是焊垫上的锡膏就会被BGA上温度比较高的锡球给抢走，一旦回焊炉的温度开始下降，就会形成NWO的现象。

解决方法：一般的建议会先调整回焊炉温的曲线以得到最佳化，这样也是最便宜的方法，可以考虑增加恆温浸泡区(soak zone)的时间，让所有的焊垫都可以达到一定的温度后才进入回焊区(reflow zone)。

另外，对于连接到大面积铜箔的焊垫建议要变更佈线增加【热阻焊垫/限热焊垫(thermal relief)】的设计，以求有效降低大部分热能被大面积铜箔吸走的机会。

更多阅读：
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