增加錫膏量可以改善BGA焊接不良?

如何增加錫量可以改善BGA焊接不良?如何提昇BGA焊接品質一直是SMT工程師持續追求的品質改善目標之一,特別是針對細間球距(fine pitch)的BGA零件,一般我們對BGA的球距在0.8mm以下就會稱其為細間距(有時各家定義會有點小差異)。

BGA之所以難焊是因為其焊點全都集中在其本體的下方,焊接後難以用目視或AOI (Auto Optical Inspector)影像檢測儀器來檢查其焊接後的品質,有時候既使使用X-Ray也難以判斷其是否有空焊或假焊現象。(某些可以旋轉角度的X-Ray或是5DX有機會可以檢查BGA的空焊問題,但這類X-Ray檢查機所費不貲,似乎還沒達到隨線檢查量產的經濟規模。

經驗告訴我們,BGA焊接後最主要的品質問題幾乎都集中在HIP (Head-In-Pillow,枕頭效應,雙球效應)。這是因電路板(PCB)流經Reflow的回焊高溫區時容易造成PCB板材及BGA本體變形,在錫膏及BGA錫球熔融成液態時互相分離沒有接觸在一起,等電路板溫度開始下降並低於焊錫的熔點後,PCB及BGA 本體的變形量也漸漸變小,可是錫膏及錫球已經凝結變回固態,以致形成雙球重疊的假焊現象,這就是有名的HIP。

而90%以上的HIP大多出現在BGA的最外排錫球或其四個角落區域,這是因為BGA封裝對角線的距離最長,相對的變形也就最嚴重,變形量第二嚴重的地方則是BGA最外排的錫球。







根據以上的經驗,以及許多SMT前輩們做過的實驗顯示,增加BGA的焊錫量可以有效降低這類因為溫度造成板材變形所造成的HIP問題。可是要小心錫膏量如果增加太多反而會造成焊接短路的問題,不可不慎。

所以下面工作熊所選擇的方法是局部增加BGA的錫膏量而不是全部的錫球焊墊都增加錫量。

改變BGA的錫膏量可以從鋼板(Stencil)來下手,基本原則就是讓BGA最外一排或四個角落的錫球錫膏印刷量,比剩餘的其他錫球的錫膏量來得多,可是又不能多太多,這樣才可以在PCB與BGA本體變形時還保有足夠的錫膏與BGA底下的錫球接觸到。

工作熊選擇的方法是局部增加BGA的錫膏量而不是全部的錫球焊墊都增加錫量。
  • 當BGA錫球大於0.4mm:
    將BGA外圍四個面的錫球錫膏印刷量增加,把鋼板開成正方形與原來錫球圓焊墊形成一個內接圓,其他的錫球焊墊維持原來的量。
  • 當BGA錫球小於0.4mm:
    BGA 外圍四個面的錫球錫膏印刷維持不變,但是其他內圍的錫球則減少錫膏量,將鋼板開成正方形與原來錫球圓焊墊形成一個外接圓。

如此一來,不論是那種尺寸的BGA,其最外圍一圈錫球的錫膏量都會比內圈的錫膏量多出16.7%左右,用來確保PCB與BGA本體流經高溫變形時還有足夠的錫膏可以保持與BGA底下的錫球互相接觸。

下面的圖片為BGA錫球尺寸小於0.4mm,採用降低BGA內圍襲球的錫膏量所得到X-Ray,稍微留意一下可以發現最外圈的錫量(圓的直徑)比其他內圍的錫球上的錫量來得多一點點。也就是外圈的黑色圓形直徑比內圈的圓形來得大一點點。

BGA錫球尺寸小於0.4mm,採用降低BGA內圍襲球的錫膏量所得到X-Ray,稍微留意一下可以發現最外圈的錫量(圓的直徑)比其他內圍的錫球上的錫量來得多一點點。也就是外圈的黑色圓形直徑比內圈的圓形來得大一點點。BGA錫球尺寸小於0.4mm,採用降低BGA內圍襲球的錫膏量所得到X-Ray,稍微留意一下可以發現最外圈的錫量(圓的直徑)比其他內圍的錫球上的錫量來得多一點點。也就是外圈的黑色圓形直徑比內圈的圓形來得大一點點。
BGA錫球尺寸小於0.4mm,採用降低BGA內圍襲球的錫膏量所得到X-Ray,稍微留意一下可以發現最外圈的錫量(圓的直徑)比其他內圍的錫球上的錫量來得多一點點。也就是外圈的黑色圓形直徑比內圈的圓形來得大一點點。


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補充說明 :

1. 高密度的BGA,要注意鋼板厚度滿足IPC-7525 AR%
(W/W , S/W)

2. PAD 間的GAP要至少>=7mil ,厚度<4mil 以避免短路問題發生

PCB 厚度5mm 面積432*334mm,主要零件 BGA 67*67mm,有無相關生產技術資料可提供參考?此產品第一次試做,請幫忙!謝謝!

吳義宇,
Sorry! 沒有使用過5mm厚度的PCB,
基本上不管是什麼PCB,想要吃錫就是溫度與零件及PCB的表面處理,想了解溫度就得測溫,如果不能拿實際的板子做測溫,建議也要拿類似的板子。

建議是拿實際的空板子做profile,不同的layout和零件的分布位置,測出來的爐溫差異有時候出乎意料之外。


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