BGA封装IC在回焊过程中容易发生HIP或称HoP缺点已经是个不争的事实,而且尺寸越大、球数越多的BGA则越容易发生。这种双球虚焊的(Head-In-Pillow,枕头效应)也真的是个相当讨人厌的工程问题,因为不论是使用2D X-Ray检查或是电性测试(FVT或ICT)方法,甚至把产品送去烧机(B/I)都不一定可以100%的侦测出有HIP的问题来。
所以等到产品卖出去后,偶尔就会有BGA焊接的不良品反馈回来。
那到底有没有办法可以解决或降低BGA锡球焊接时的HIP(Head-In-Pillow)或Hop(Head-on-Pillow)虚焊问题呢?
答案不能说没有,但也不敢说可以100%解决HIP/HoP的问题,因为HIP的问题牵涉到IC载板、组装电路板、回焊炉温、产品设计、内外应力…等等相关问题,很难说可以一次全部解决。
下面188金宝搏苹果下载 只能试着提供一些解决HIP/HoP的方法与方向给大家参考:
1.减缓Reflow昇温的速度,以降低板材变形量
不论是IC载板(substrate)或是组装的印刷电路板(PCB),回焊炉中一旦升温速率过快就可能使得载板或印刷电路板上出现温度分布不均的现象,将会引起局部的热应力集中,温度是影响IC载板与PCB变形的兇手之一,想彻底解决这类问题可能得从热力学的角度下去研究,比如说板材玻璃纤维(Glass fiber)的方向是否可以调整以抵抗更大的变形,或是可以让载板或PCB上的铜箔分配更均匀以降低热效应所造成的应力影响。
对于SMT的制程来说,温度分佈不均的最大问题无非是升温速率太快,以致造成局部区域温度无法跟着环境温度上升,比如说PCB上的大面积铜箔处(需要吸收更多的热量后温度才能上升),还有大塑胶件的零件(塑胶的吸热率较慢,而且塑胶件还会阻挡延缓热量传递至其焊脚),比如说智慧卡读卡槽(Smart Card Reader),另外,配置在屏蔽罩(Shielding Can)下方的零件也都不易吸收到经由热风传导过来的热量。
解决方法则可以试着降低回焊升温的速度,比如调低链条速度,或降低某些升温区的温度,都可以帮助PCB的温度达到更均匀化,但要小心不要让PCB与零件所吸收的热能过于饱和了,否则可能造成其他问题,比如脆化或起泡,建议要先执行实验计画以得到最佳的温度曲线 (temperature profile)。
另外,也可以考虑採用「热阻焊垫或限热焊盘」设计以提昇电路板昇温的整体均匀性。
2. BGA IC或PCB预先烘烤
IC封装零件或PCB如果吸湿,在流经回焊炉(Reflow)时除了容易发生分层(delamination)问题外,IC及PCB变型翘曲也是一大隐患,预先烘烤(105°C~120°C)可以逼出水气,降低过reflow时的变形量。
相关阅读:
JEDEC J-STD-033B第四章节-干燥(中文翻译)
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3.增加电路板上BGA焊点的焊锡量
既然IC载板及电路板的板弯板翘会造成锡球与锡膏不接触,那么只要增加锡膏量(solder paste volume),正确的说法应该是增加印刷锡膏的厚度,应该就可以缩短锡膏与锡球的接触距离并增加接触面积,达到提高良率的目的。
只是如何增加锡膏量是个值得探讨的问题的课题,而且BGA焊垫处的锡膏印刷量是没有办法能无限增加的,因为印得太多可是会造成与相邻焊垫短路的风险,个人觉得并不需要将所有锡球的焊点都增加锡膏量,比较好的方法是只在变形量较大的焊点增加焊锡量就可以。
下面是一个选择性的锡膏量增加的方法,根据统计有99%的HIP都会发生在BGA四周最外围的一排或两排锡球上而已,特别是在4个直角的地方,所以我们只要把BGA最外圈的锡球焊垫增加锡量应该就可以了,作法是把钢板开口开成方型的内切圆,而剩下的其他锡球位置则还是维持圆型的开孔。
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4.使用过炉载具 (Carrier/template)
有些电路板可能因为设计限制,所以必须使用比较薄的板子,比如说1.2mm、1.0mm、0.8mm,请记住越薄的PCB过回焊炉的变形量就会越大,另外还有下面的其他因素可能造成板子变形:
- PCB的尺寸越大,会因为重力而越容易造成变形。
- PCB上面有较重零组件时。
多次回焊的PCB。(基本上PCB每经过一次回焊高温,就会经歷一次温度超过Tg而成为橡胶态的转变,不是每一次的转变冷却都可以回復原来的样子。)
如果前面3个方法都已经试过了无用,这时候可以考虑使用「过炉载具(carrier)」来降低PCB过回焊变形的风险,或许这也是最后的手段。
过炉载具利用定位柱及定位孔来固定并支撑住PCB,可以有效防止PCB在回焊中变形。虽然使用过炉载具可能所费不赀,还耗费人工,但如果跟HIP的缺点所造成的损失相比可能就微不足道了。
5.採用高Tg的板材
Tg是玻璃转移温度,也就是材料由玻璃态转变成橡胶态的温度,Tg值越低的材料,表示其板子进入回焊炉后开始变软的速度越快,而且变成柔软橡胶态的时间也会变长,板子的变形量当然就会越严重。採用较高Tg的板材就可以增加其承受应力变形的能力,但是相对地材料的价钱也比较高。
6.WBGA的IC封装似乎特别容易变形
上图显示这种WBGA的IC封装因为其先天结构的关系,似乎比较容易发生翘曲的变形问题,这个必须请IC厂商严格控管其IC的变形量。
参考文章:
回流焊的温度曲线 Reflow Profile
板弯板翘发生的原因与防止的方法
BGA枕头效应(head-in-pillow)发生的可能原因
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HAST(Highly Accelerated Temperature and
Humidity Stress Test)JESD22-A110D的实验主要是高湿高温下,送电给IC让IC处于静态模式.
条件有两项
130 °C / 85% RH/96 Hours
110 °C / 85% RH/264Hours
在JESD22-A110D里面并没有提到BGA要用哪个条件,主要是JESD47I(Stress-Test-Driven Qualification of Integrated Circuits) 内有提到BGA建议使用110 °C / 85% RH/264Hours,但是规范内并没有说明原因
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Dear 狂人
请问一下,由于JEDEC 内22A110 HAST条件有两项
130 °C / 85% RH/96 Hours
110 °C / 85% RH/264Hours
但是在jedec 47内有说明到
It is suggested that 130 °C for 96 hours be used for leaded devices and 110 °C for 264 hours be used for Ball Grid Arrays.
他建议BGA 产品用110/85,不晓得这是否跟BGA 封装有关系?实在Google不到任何资讯,跪求大大看看有没有遇到过,感恩
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没有原文所以不是很清楚这个要求是什么。
如果仅解释BGA及带脚的封装,BGA使用FR4(也就是PCB)当基板,加热一般不建议温度超出100°C太高,否则会有软化的问题。
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Dear 188金宝搏苹果下载 ,
文中提到” 减缓Reflow昇温的速度,以降低板材变形量” 及”越薄的板子过回焊炉的变形量会越大”, 那如果使用软板的话情况就会更严重?
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wappon;
FPC又是不同的特性了,而且FPC一定得使用过炉托盘治具,否则一定变形。
另外FPC上面打BGA其底下一定要贴补强版,否则就算过炉后没问题,使用上弯折到也会出问题。
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