噴印工藝的LGA焊點(diǎn)缺陷的類型與原因

呂俊杰

摘 要 本文結(jié)合生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，探討了焊膏噴印方式下LGA封裝器件的焊接問(wèn)題形成原因，發(fā)現(xiàn)焊膏噴印量及車間濕度的變化對(duì)LGA焊點(diǎn)少錫合并錫珠缺陷的產(chǎn)生影響顯著，而回流爐預(yù)熱升溫速率則對(duì)其無(wú)明顯影響。造成該焊接缺陷的機(jī)理是： LGA這種封裝底部間隙非常小的元器件存在毛細(xì)管現(xiàn)象，在回流焊過(guò)程中，噴印焊膏飛濺極易產(chǎn)生錫珠。通過(guò)調(diào)整焊膏噴印參數(shù)、車間環(huán)境濕度、貼片壓力等方式，有效改善了LGA的焊接質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】LGA 噴印 焊膏 少錫合并錫珠

1 前言

LGA是一種類似于BGA但底部無(wú)焊球的柵格陣列封裝，采用在PCB上印刷焊膏并回流焊接的方式完成組裝。這種特殊的封裝形式使芯片與PCB的距離明顯較小，LGA具有更優(yōu)越的電氣性能。此外，由于焊點(diǎn)高度的減小，LGA封裝能有效改善彎曲、振動(dòng)和跌落的可靠性。因此，現(xiàn)代的便攜式電子產(chǎn)品及軍用電子產(chǎn)品都越來(lái)越多的選擇應(yīng)用這種LGA封裝器件。但較BGA及其他封裝元器件，LGA焊接后的支撐高度很低，清洗困難，而且由于焊劑殘留問(wèn)題，形成空洞和錫珠的幾率會(huì)增大，空洞和錫珠的形成與焊膏成分又有著密切關(guān)系。本文采用的噴印焊膏具有焊粉粒徑小、助劑含量高、粘度低等特性，這些特性都將提高LGA焊接缺陷產(chǎn)生的概率，增加了返修成本和難度。

2 LGA焊點(diǎn)缺陷類型

對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按照LGA器件發(fā)生各種缺陷的頻次做排列圖如圖1。由圖1可見，占比達(dá)70%的缺陷為少錫合并錫珠缺陷，如圖2為X-Ray檢測(cè)的LGA錫珠缺陷。由圖2可看出，很多焊盤上明顯少錫，在焊盤中間還存在或大或小的錫珠。為進(jìn)一步排查缺陷，對(duì)故障LGA器件進(jìn)行解焊，觀察LGA器件焊盤和對(duì)應(yīng)PCB焊盤上焊錫潤(rùn)濕情況，圖3所示。圖中發(fā)現(xiàn)LGA器件部分焊盤上有較多焊錫，部分焊盤則幾乎沒(méi)有焊料潤(rùn)濕，對(duì)應(yīng)的PCB焊盤上也是同樣的情況。由于每片板的焊膏涂覆質(zhì)量均經(jīng)過(guò)SPI檢測(cè)，并且調(diào)取SPI檢測(cè)數(shù)據(jù)，焊膏量顯示正常。因此，該缺陷直觀表現(xiàn)為部分焊盤上的焊錫被偷走至其他焊盤上了，過(guò)多的焊錫使得整個(gè)器件浮高，從而使得其他焊盤幾乎沒(méi)有焊錫潤(rùn)濕。

3 焊點(diǎn)缺陷原因分析

3.1 初步原因分析

基于如上缺陷的圖片信息，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)生該缺陷的原因應(yīng)該是多方面的。為了準(zhǔn)確、快速的解決問(wèn)題，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”生產(chǎn)五要素方面，對(duì)可能產(chǎn)生少錫合并錫珠問(wèn)題的原因進(jìn)行了分析，見如下圖4的因果圖。根據(jù)各因素可能性大小、測(cè)量的難易程度，分為4個(gè)分值等級(jí)，對(duì)各因素進(jìn)行逐項(xiàng)打分，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。排在前三位的分別是：“焊膏噴印量偏少”、“回流焊預(yù)熱升溫速率過(guò)快”和“車間濕度偏大”；在所列因素中“焊盤氧化”被一致認(rèn)為很重要，但是難測(cè)量，且在實(shí)際批量生產(chǎn)過(guò)程中較難去抽樣驗(yàn)證，因此要求從源頭控制其來(lái)料質(zhì)量。

3.2 影響因素分析

通過(guò)調(diào)整回流爐升溫速率，隨著其他參數(shù)的變化，LGA焊點(diǎn)缺陷數(shù)的變化范圍一致。可見，該因素的影響并不顯著。如圖5所示。

雙因子方差分析結(jié)果顯示：焊膏噴印量及車間濕度的P值均等于0.000，小于0.01，說(shuō)明兩個(gè)因素的影響均高度顯著。3050.1/10236.3=29.8%，說(shuō)明焊膏噴印量的影響大約為29.8%左右；6004.1/10236.3=59.65%，說(shuō)明車間濕度的影響大約為59.65%左右；R-Sq（調(diào)整） = 99.33%，說(shuō)明兩個(gè)因素及其交互作用的影響達(dá)到了99.33%

4 總結(jié)

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證得出，通過(guò)優(yōu)化焊膏噴印量、降低車間空氣濕度等措施，有效解決了基于噴印工藝的LGA器件的焊接缺陷問(wèn)題。

焊膏噴印技術(shù)有其優(yōu)勢(shì)也有著特殊性，新技術(shù)的出現(xiàn)也將帶來(lái)新的工藝問(wèn)題，需要進(jìn)行更多的探索工作。造成此次LGA器件較多缺陷的主要原因與焊膏噴印參數(shù)、噴印焊膏體系及其對(duì)環(huán)境濕度的高敏感性相關(guān)，但是貼片壓力、回流焊溫度曲線設(shè)置不合理也會(huì)導(dǎo)致其他缺陷的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)

[1]賈忠中.SMT核心工藝解析與案例分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2]林偉成.雷達(dá)電子裝聯(lián)中LGA器件的表面組裝技術(shù)[J].電子工藝技術(shù)，2010，31（03）：150-164.

[3]趙志斌，吳兆華.LGA焊點(diǎn)形態(tài)對(duì)焊點(diǎn)壽命的有限元分析[J].電子工藝技術(shù)，2013，34（60）：320-327.

[4]Wanda Hance，Ningcheng Lee.Solder beading in SMT challenge[J].SITE Magazine，1987.

[5]Ningcheng Lee.Optimizing reflow profile via defect mechanism analysis[C].IPC Printed Circuits Expo，1998.