焊接過程中出現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:空洞現象的產生主要是助焊劑中的有機物經過高溫裂解后產生氣泡很難逸出,導致氣體被包圍在合金粉末中。從過程中可以看出,關鍵在有機物經過高溫裂解后產生的氣泡,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過高溫裂解后,氣體就會被包圍在錫球的內部,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象。

   當助焊膏中有較多活性較強時,空洞產生的機率是相當小的,即使產生空洞現象,其產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。同方錫膏在上此方述方面表現非常好,已成功解決了空洞大且多的現象。

   BGA空洞與焊盤表面的氧化程度有關: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,此時就會產生縮錫(拒焊)現象。表面氧化比較嚴重,有機物經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。如果要避免此類現象的產生,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)現象。

   助焊劑中溶劑沸點也影響BGA空洞現象:錫膏溶劑的沸點的高低直接影響BGA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象的產生。如果溶劑的沸點越低,在恒溫區或者是在回流區溶劑就已經揮發完畢了,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小時以內完成作業),避免錫膏吸收空氣中的水分或者錫膏與空氣接觸發生氧化現象。這樣會額外增加空洞現象的產生。所以在選用錫膏的時候盡量選用高沸點溶劑的錫膏,來減少空洞現象的發生。