提升SMT-BGA焊接工艺质量

一、BGA通用焊接注意要点

环境:
1. 温湿度:24+/-3 度 30-60%;
锡膏:
1. 回温必需达到要求:室温回温 8 小时(无铅) 5 小时(有铅)以上;
2. 使用期限:钢板上 8 小时,开瓶后 12 小时;
锡膏印刷条件:
1. 速度:20-25mm/sec;
2. 具有干擦 湿擦 真空擦功能,擦拭频率:2pnl/次, 2 小时手动擦拭一次;
3. 脱模干净,锡膏厚度在范围内;
贴片要求:
1. 如元件为盘装使用前必需烘烤,条件 125 度 4 小时(或按元器件要求);
2. 做好贴片前的程式调教动作,确保座标准确;
Reflow:
1. 按锡膏厂商的推荐 profile ,严格控制各区温度及升温降温斜率;
2. PWA 出 Reflow 前必需保证温度在 150 度以下, PEAK 温度 245 度(无铅), 225度(有铅);
3. 必需保证充分的冷却方可以从轨道上拿下;AOI:
1. 100% AIO 检测,严格控制误判率;
X-RAY:
1. 100% X-RAY 检测,并做好标记;
2. 严格按照 IPC 7095 的规范控制 BGA 的气泡,
1.锡球-------大小
2 炉溫-------不符合
3.锡膏-------Cpk 值
还有BGA 上的PAD阻焊层设计是否合理.

二、BGA失效

问:BGA 不良一下窜到 2%,拆下不良 BGA 后发现不良品上都有几个或十多点未上锡(都分布在四个角位,也有可能是拆 BGA 时焊盘最表面脱掉了,但表面还算光亮),手工 320度加锡也很难加上锡, PCB 送香港生产力促进局分析金相、切片都未发现异常,而我们的制程、锡膏、炉温设置都未变更;我们怀疑是 PCB 表面不洁或 BGA 焊盘最表面附着力不够,请支支招。

出现这种问题可能要从整个制程上考虑,使用排除法,将没有环节一一检查;
比如是否是这一批出现这种情况, PCB 板批次是否跟以前有区别,还有这段时间南方天气比较潮湿, PCB 板投入前是否进行烤板预处理等。
还有你寄出做分析的板可能要有两块:一、良品 二、不良品;两种板的 BGA 都切四周看看到底问题出在哪里。
问:PCB 与 BGA 都有烘烤, profile 也与以前一致, PCB 是今年第 8 周出厂的,第 10 周的
不良没这么高,若怀疑 PCB 氧化,有什么最简单的方法可判别?
答:我觉得你的 PROFILE 可能做得不好,既然你以前没有出现怎么高的不良,这或许和你的
炉子有问题!检查一下各个温区是否有异常!
为了分析该问题可以从下面几个方面考虑
1 对 PCB 焊盘进行可焊性测试 确定其焊接性
2 对失效样品进行金相切片,采用 SEM&EDX分析断裂的具体部位。
3 对焊盘表面进行 SEM&EDX分析,确定是否有污染或者镀层不均匀
4 更改温度曲线,采用三角形温度曲线(避免在温度浸泡过程中的助焊剂过渡使用)或使用活性更高的助焊剂
5 对焊接后产品进行金相切片分析,测定其 IMC 厚度和成分,看是否满足要求

 

三、没有 x-ray 怎样检查 BGA 焊接质量
BGA(很小),用热风枪来焊接,不知道该怎样检查?
1. 找一个有 X-RAY的厂里面去检查。
2. 用万用表测外围接口是否短路(在已焊 BGA,而其他电阻电容等没焊前)。基本能搞定所有的 BGA 问题,好的和坏的比较下就有经验了。
3. 确保焊接工艺,方法正确
4. 经验也有重要的时候。
5. 既然没有 X-Ray, 建议在锡膏印刷后加强该 BGA 的目视检查。锡膏印刷 OK, 回流温度正常(建议尽量接近最高温度的上限), BGA 的焊接是 99.99%不会出问题的, X-Ray无非也是检测 BGA 的焊接情况而已。
其实你真的有 X-Ray,你也没有计划 100%全检吧?
如果有坏板,怀疑是 BGA 的问题,就毫不犹豫的拆下来更换好了。还要 X-Ray 干吗?反正拆错了也可以将拆下的 BGA 焊回去的。
6. 生产蓝牙耳机上面有贴装 0.29MM 的 BGA,因为没有 X-RAY,都是直接测试,不过的可以用显微镜看到 BGA 四周的焊点的焊接情况的。

 

 

四、BGA 回流区炉温过高有什么不良

1.那要看高到什么程度,有没有超过元件的耐温值。太高可能损坏 BGA,也有可能温度没达到损坏 BGA 的程度,但是使 PCB 变形,导致 BGA 焊接不良。
温度出现过高主要注意:
1、是否超出 BGA 元件的耐热温度,如果超出 BGA 耐热温度, BGA 就可能出现失效。
2、是否超出锡膏的推荐的温度曲线,如果超出 BGA 的焊接就会出问题。
3、是否超出基板的耐热温度要求,如果超出就可能出现基板变形、起泡等不良现象。
4、一般 BGA 焊点温度不会比 chip 件的温度高,如果 BGA 焊点温度超标,要注意其它元件的温度情况。

 


五、BGA 过炉最高温度如何设定?

答:一般来讲,BGA 最大受热在 250 度以内,如果有铅回流焊,及焊膏,设定温度都不会超过250,工艺窗口极大,不存在对 BGA 的影响.如果使用无铅设备,由于工艺窗口的原因,要求工艺精度较高,实际温度一般不要超过 235 度,完全满足元器件的需求.问:如果过炉的 PCB 流量大的话是不是需要炉温高五度左右呢?我遇到过就是如果量大不间断地过炉效果总是不太好?

答:如果温度过高, Sn 和 Cu 形成合金的速度大大加快,可能形成机械性能不好的 Cu3Sn合金,影响可靠性,另外,温度过高导致 Cu 扩散到 Sn 中的速度加快,在 Cu 和 CuSn 合金界面易形成小的空洞,在一定的应力条件(震动和温度循环),空洞会扩展,影响产品的使用寿命。例:无铅焊点在老化后,在跌落试验中较容易断裂。

 

六、0.5mm pitch 的 BGA 的钢板如何设计 ?
1. CSP 0.5Pitch 0.3Dia 100Point:0.1mm Stencil,开圆形孔 Dia 0.25mm
2. 0.5mm pitch 的 BGA:开 0.275mm 的方形孔.
3. 0.12mm 厚度,开 0.3mm 方孔倒圆角,用抛光工艺,检查抛光质量,最好用电铸模板。
4. 0.5mm pitch bga, 焊盘直径 0.25mm:4.1 钢网厚度为 0.12mm 时, 印刷过程中会有个别点出现脱模不好的现象,表现为锡量不足,面积覆盖率有的点不足 50%。
4.2 钢网厚度为 0.10mm 时,印刷后检查锡膏成型良好,面积覆盖率均可以达到 90%以上,焊后经 X-RAY焊点大小均匀。
以上两种开孔直径均为 0.25mm,圆形。特别提醒的是,钢网用的是激光切割+电抛光,电抛光质量的好坏,直接影响脱模效果,尤其是钢网厚度为 0.12mm 时。我用的锡膏是 ALPHA OM5000,不错。
我現在用的激光切割+电抛光,圓形開孔直径为 0.28,厚度 0.13mm,效果很差;
改圓形為方形稍微好點,改方形?際上是加大了開口面積.
試圓形直径为 0.3mm,厚度 0.12mm,这可能出现拉尖现象。一定要注意模板的电抛光质量,不一样的供应商电抛光的质量有很大的差别哦!如果抛光质量上好应该问题不大。
我们采用钢板 T:0.1mm 激光加电抛光,BGA 球径 0.3mm 钢板开孔 0.26mm
BGA 球径 0.25mm 钢板开孔 0.3mm

 

七、BGA 球径越小钢板开孔反而越大?
1.考虑到 BGA 之可靠性,在不短路前提下,保证锡量充足.
我们用 BGA 球径不同,开孔均为 0.3mm,则大球径之 BGA 短路.
试验测试 0.27-0.26mm.结果定位 0.26mm
另需考虑置件稳定性,相机之精度 1mil 才可满足影像要求
我公司用 0.11mm 的 0.3 的圆孔,激光加电抛光!需 underfill!

 

八、不良的 PCB 返修要烘烤吗?
1.都要,温度大概 100C,时间 24 小时
2.烘烤的目的相信是针对 PCB 的潮气。使用 BGA 的 PCB 一般为纤维板材类的,吸潮情况并不严重。
3.没有烘烤就拆换 BGA 的 PCB 没出过什么问题。
4.烘烤其实也是为了防止 PCB 变形。特别是尺寸较大而且薄的 PCB。

 

九、BGA 拆下后还能使用吗?
答:把拆来的 BGA 上的锡刮干净,然后用 Mini Stencil 上锡膏和锡球。
下一步是回流让锡球固定在焊盘上。如果数量少, rework 人员技术好的话可以用 Hotair 吹。
另一个办法是用生产用的回流炉, 把植好锡球的 BGA 放在托盘上过炉。问:那 Mini Stencil
怎么开啊 我的 BGA 是 0.4pitch 的 我们开的锡膏下不来啊
答:可以不用印焊膏,有一种专用的焊剂,膏状的,薄薄的涂一层,然后手工或者用漏板把
球摆好,后面的方法和 sunzg1972 说的一样啦
答:对于 CPU 脚座的话需买个 BGA 返修工具。
答:找钢板厂家制作一个相对应的你的 BGA 的植球治具就好了
1、找钢板厂家制作一个相对应的你的 BGA 的植球治具
2、购买同一直径的 BGA 球及专用焊剂(膏状)
3、放好后直接过一次回流就好了

 

十、BGA 的 虚焊怎么检验?
BGA 的虚焊,在不用 3D 的 X-RAY 检验的前提下,还有什么好的办法可以检验出来?
或是说在 2D 的 X-RAY下怎么样的就可以判定其是虚焊?
1.颜色会不一样。
2.这里就主要是温度曲线的控制了, 我在清华-伟创力实验室看到他们如何用 SMT 温度测试仪来测试 BGA 焊接时候的温度曲线,确保焊接质量,温度曲线好。

BGA 主要是控制炉温,如果炉温 OK 了,一般就不会虚焊的;可以在 X 光下检查出来啊!
答:如果是 2D 的 X- Ray,一般通过对比:找到确认几块虚焊的,看与正常的色差一般情况下,一块 BGA 焊点不会都虚焊的,虚焊则颜色深浅会不同
答:焊接的状态可以通过锡球的颜色,和锡球的大小,来判定
答:进行破坏性实验,在焊接的BGA 灌有色物质,等其干掉以后然后取下BGA,那些在焊接点有颜色的就有可能是空焊了。这只对
答:用万用表来检查线路,当然这不是批量性的做法,不过可以做一片用来检测炉温是否 OK
答:虚焊的颜色有色差,还有焊盘上面有杂质 BGA 就容易有虚焊

 

十一、BGA 中的氣泡
BGA 中的氣泡主要还是靠调节温度曲线来实现,是嗎?那我該加長預熱區嗎?還是別的方法
答:产生气泡的原因比较多,
我先举一个:锡膏的含氧量过多。如果是这种情况,就得 k 锡膏厂商了
答:不是加预热区,是延长保温区,不过这不一定是主要原因,PCB 受潮,焊盘氧化或有有机物,元件氧化,锡膏不良等都有可能,最好做一个 DOE,一项一项的排除.
答:要解決 BGA 空洞的問題,首先要了解造成空洞的原因,

大多与锡膏本身脱不了关系,
1.搅拌及装填方式﹝均匀度﹞
2.溶剂的种类及含量﹝气体挥发﹞
3.使用者搅拌方式及时间﹝脱泡效果﹞

 

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