BGA焊點氣泡過大分析

時間：2024-12-23作者：優(yōu)爾鴻信檢測技術(shù)(深圳)有限公司瀏覽：271

一、失效背景調(diào)查

公司內(nèi)部某單位所使用的U73Z002.00 PCB回流焊後發(fā)現(xiàn)U1 BGA出現(xiàn)大型空洞（area> 25%）。對該位置進行切片以確認不良現(xiàn)象，結(jié)果如下圖所示：




根據(jù)IPC標準，BGA焊點氣泡面積應(yīng) ≤25%

二、空洞產(chǎn)生機理
氣體來源﹕
水汽：
(1) Flux與金屬氧化物(SnO/CuO) 反應(yīng)后產(chǎn)生水分
2RCOOH＋SnＯ/CuO—→Sn/Cu(RCOO)2＋H2O↑
(2) Flux中的**酸酯化反應(yīng)生成水
RCOOH＋R`OH—→RCOOR`＋H2O↑
(3)組件、PCB或錫膏吸水、殘留水汽


助焊劑中**溶劑揮發(fā)：Flux中**溶劑在焊接高溫中揮發(fā)產(chǎn)生氣體。PCB焊盤盲孔

殘留空氣錫膏印刷時，錫膏覆蓋在盲孔上使孔內(nèi)空氣難以逃溢；回流焊時，內(nèi)部空氣受熱膨脹，形成上圓下尖形狀的空洞。

1.由此可得：
盲孔結(jié)構(gòu)和PCB吸水殘留水汽可能是該種空洞不良的主要原因。


                無大氣泡的盲孔結(jié)構(gòu)焊球（范例）

盲孔底部角度平滑，孔壁完整無Crack，不易積存水汽。

                        出現(xiàn)大氣泡的盲孔結(jié)構(gòu)焊球

盲孔底部凹坑，易積存水汽液體。

2.理論計算(1.72倍)與切片結(jié)果(1.77倍)相符，因此該空洞可能為盲孔殘留的空氣膨脹后形成。

3.切片圖測量可知該空洞直徑達200~300μm，遠大于盲孔內(nèi)殘留空氣熱膨脹造成的空洞，所以該空洞不是僅僅由于盲孔內(nèi)殘留的空氣膨脹所產(chǎn)生。
切片圖片顯示盲孔底部存在凹坑，PCB制造需要經(jīng)過許多濕制程，凹坑*積存水等液體物質(zhì)，并且不易被烘干，過SMT時這些液體就會氣化而產(chǎn)生大型空洞。
結(jié)  論
盲孔上的空洞產(chǎn)生可能與盲孔結(jié)構(gòu)或PCB吸水殘留水汽有關(guān)。盲孔結(jié)構(gòu)上的較小空洞是由盲孔內(nèi)殘留空氣膨脹所造成，但并不會形成過大的空洞。
過大空洞的產(chǎn)生原因可能為盲孔底部存在凹坑以及孔壁裂紋，導(dǎo)致PCB濕制程中的水汽等液體殘留于盲孔側(cè)壁中，在回流焊高溫時汽化膨脹而成。
改善建議
建議采用電鍍填孔工藝，避免盲孔中的空氣受熱膨脹產(chǎn)生氣泡。
針對小型盲孔，建議采用激光鉆孔技術(shù)，避免盲孔底部凹坑的產(chǎn)生。
若選擇不改變工藝，建議在焊接前對PCB進行烤板烘干處理。





吹孔


焊接時，孔壁上的破孔向外吹氣稱為吹孔。




PCB通孔的破孔一般與鉆孔﹑鍍銅等流程有關(guān)﹐由于PCB基材需要經(jīng)過許多濕制程，難免會從破孔處吸入水汽、化學物質(zhì)，這些物質(zhì)在高溫下可能放出大量的氣體。


這些氣體會沿著孔壁的吹孔排放到焊錫中，加劇了大氣泡的生成。


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