BGA密集孔耐熱性能影響因素分析

吳云鵬

（天津普林電路股份有限公司，天津 300308）

1 前言

隨著電子產(chǎn)品不斷向著“輕薄短小”發(fā)展，PCB上的器件布局集中，組裝密度上升，元器件功率增加，及伴隨歐盟無鉛指令實(shí)施而來的無鉛焊接，無疑對PCB耐熱性能提出新的挑戰(zhàn)。而BGA密集孔受熱分層，會引起整個(gè)電路板電性能失效的問題，存在嚴(yán)重質(zhì)量隱患，如圖1所示。

圖1 BGA密集孔分層

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)以12層板為例，疊層設(shè)計(jì)如圖2。

圖2 實(shí)驗(yàn)板疊層設(shè)計(jì)

理論板厚2.3 mm±10%，BGA測試區(qū)域中心距0.8 mm，通孔孔徑0.3 mm，孔邊距0.5 mm，其中設(shè)計(jì)在L2、L3、L6、L7、L10、L11層設(shè)計(jì)為內(nèi)層盤，其余層為絕緣環(huán)。

實(shí)驗(yàn)板主加工流程：

開料—內(nèi)層烤料—內(nèi)層圖轉(zhuǎn)—棕化—（烤板）—壓合—鉆孔—（烤板）—電鍍—塞孔—外層圖轉(zhuǎn)—阻焊—沉鎳金—測試

耐熱性測試條件：

烤板120 ℃×4 h，漂錫288 ℃×10 s×3次

3 對比方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要從壓合參數(shù)、棕化后烤板及鉆孔后烤板進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，方案如表1。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首次加工中，所有測試樣品在耐熱性測試中均出現(xiàn)分層現(xiàn)象，分層位置位于0.36 mm芯板中，如圖3所示。所有分層位置均為0.36 mm H/H芯板玻璃纖維與樹脂結(jié)合位置，分析認(rèn)為缺陷產(chǎn)生主要原因?yàn)?.36mm芯板由7628*2壓合制成，7628PP玻纖布較粗，在浸膠過程中極易出現(xiàn)浸膠不足現(xiàn)象，浸膠不足位置玻纖之間存在樹脂空洞，極易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，針對此問題，更換芯板類型，壓制PP類型由7628*2更換為2116*3，相比較與PP7628，PP2116玻纖更細(xì)，有利于壓合分層問題改善。采用DOE方式進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方案如下。對試驗(yàn)結(jié)果判定原則：熱沖擊后，以BGA最外層排孔為基準(zhǔn)，第一層孔分層相關(guān)性記為1，依次類推，研磨至第9層不分層，視為pass，相關(guān)性記為9。

圖3 0.36mm H/H芯板分層

表1

由上表可以看出，最佳加工參數(shù)為A2、B2、C2組合，測試板BGA區(qū)域無分層現(xiàn)象，測試結(jié)果為合格。圖4為缺陷產(chǎn)品示意圖。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示

圖5 不同加工參數(shù)的影響程度

表2 對比試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

表3 對比試驗(yàn)測試結(jié)果

表4 數(shù)據(jù)分析

由上圖可以看出，對于改善BGA耐熱性影響度依次為鉆后烤板≥壓合程式≥棕化后烤板，最佳加工參數(shù)為，棕化后烤板120 ℃×30 min，用于徹底去除水汽影響；采用A2壓合程式，提高升壓速率，提前打全壓點(diǎn)，提升半固化片與芯板之間的膠聯(lián)強(qiáng)度；鉆孔后烤板150 ℃×4 h，使機(jī)械鉆孔過程中芯板產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力緩慢釋放，避免在最終產(chǎn)品熱沖擊過程中內(nèi)應(yīng)力突然釋放而導(dǎo)致的爆板分層。

5 結(jié)論

通過以上實(shí)驗(yàn)，針對BGA密集孔耐熱性影響結(jié)論如下：

材料選擇上，建議選用玻纖較細(xì)芯板，芯板玻纖建議采用2116、1080玻纖，不建議使用包含7628玻纖布的芯板；

棕化后烤板對與改善分層爆板有一定作用，但棕化后烤板存在棕化層劃傷的隱患，建議增加棕化后烘烤溫度，延長烘烤時(shí)間，確保水汽烘烤徹底；

壓合程式上，可根據(jù)材料特性，適當(dāng)提前打全壓點(diǎn)，有利于層間氣體順利排出，提升半固化片與芯板膠聯(lián)作用；

對于BGA爆板分層最主要的影響因素在于鉆后烤板，在鉆孔過程中，受機(jī)械外力影響，樹脂與玻纖、半固化片與芯板等結(jié)合位置均受到?jīng)_擊，并存在內(nèi)應(yīng)力殘留，鉆后烤板可以有效去除殘留內(nèi)應(yīng)力，避免受熱沖擊時(shí)內(nèi)應(yīng)力突然爆發(fā)，引起分層。

以上，針對密集BGA的影響因素還有很多，如板材Tg值、填料、跳鉆方式、鍍銅厚度等，本文中僅對有限幾種影響因素進(jìn)行分析，后續(xù)還有很多工作需要深入研究

[1]黃世清等. 散熱密集孔爆板分層改善探討[C]. 秋季國際PCB技術(shù)/信息論壇, 2011,10.

[2]孟曉玲等. 淺談高耐熱環(huán)氧玻璃杯層壓板制作[J].覆銅板資訊, 2007,04.