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常見的BGA混裝工藝誤區(qū)分享

jf_17722107 ? 來源:jf_17722107 ? 作者:jf_17722107 ? 2024-04-28 09:50 ? 次閱讀


BGA混裝工藝中,存在關(guān)于鉛相擴(kuò)散不完整的誤區(qū)。隨著全球無鉛工藝的普及,大多數(shù)BGA器件已采用無鉛工藝,但由于特殊需求部分企業(yè)仍使用有鉛制程進(jìn)行焊接。對于不涉及BGA器件的產(chǎn)品,其工藝可以完全按照有鉛工藝進(jìn)行操作。只有含有無鉛BGA的有鉛制程才屬于真正的混裝工藝。對此,業(yè)界存在不同的觀點(diǎn)。

觀點(diǎn)1:更換錫球派(SJ派)
此觀點(diǎn)認(rèn)為在無鉛BGA用于有鉛工藝時(shí)必須更換錫球,即清除原有的無鉛錫球,替換為有鉛錫球,并進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧嵑笤偈褂谩?/p>

這種觀點(diǎn)的好處是可以徹底執(zhí)行
有鉛工藝,但也存在不利因素:
1)清除無鉛錫球并植入有鉛錫球會(huì)造成兩次熱沖擊,影響器件的壽命;
2)除球過程中可能導(dǎo)致BGA焊盤的脫落或損壞;
3)現(xiàn)在BGA器件的錫球數(shù)量極多,更換錫球會(huì)增加植球的不良率;如果是手工植球,則會(huì)耗時(shí)耗力。更糟的是,如果某個(gè)球的植球存在缺陷,而沒有有效的BGA器件測試工具,則會(huì)增加焊的接困擾。

觀點(diǎn)2:不更換錫球派(XJ派)
XJ派觀點(diǎn)認(rèn)為無需更換錫球,直接使用有鉛錫膏進(jìn)行焊接,稱為混裝工藝。XJ派混裝工藝被認(rèn)為是主流,但在內(nèi)部也存在兩種具體的細(xì)分觀點(diǎn)。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為,在無鉛BGA中使用有鉛錫膏焊接時(shí),不需要擔(dān)心無鉛錫球是否熔化,可以完全按照有鉛工藝進(jìn)行操作。這是因?yàn)楦咩UBGA錫球不熔化,只有錫膏會(huì)熔化并潤濕錫球,從而完成焊接。這種焊接方式的可靠性同樣滿足Class 3產(chǎn)品的要求。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為無鉛BGA錫球應(yīng)完全熔化,但為了降低器件本體熱沖擊影響,焊接溫度曲線應(yīng)在無鉛工藝的下限和有鉛工藝的上限之間。IPC-7350中建議混合工藝下BGA焊點(diǎn)的溫度為228°C到232°C,實(shí)際上,同一顆BGA內(nèi)部焊點(diǎn)和外部焊點(diǎn)的溫度差異都會(huì)超過4°C。這種混合工藝的建議焊接溫度曲線即熔融時(shí)間在60~90秒內(nèi),無鉛BGA錫球的熔化時(shí)間及所受熱能有限,會(huì)出現(xiàn)所謂的混合工藝鉛相擴(kuò)散不均勻的現(xiàn)象。

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圖1. ENIG混裝工藝鉛相向錫球內(nèi)擴(kuò)散

鉛相擴(kuò)散均勻與焊點(diǎn)可靠性
鉛相擴(kuò)散不均勻的現(xiàn)象是指已經(jīng)熔化的有鉛錫膏中的鉛元素在BGA無鉛錫球熔化后開始擴(kuò)散進(jìn)入錫球,鉛在底部焊錫膏內(nèi),如圖1所示。而鉛相擴(kuò)散均勻是指在完全熔化焊接完成的基礎(chǔ)上,給予更多的熱量和焊接時(shí)間,使金屬原子混合更均勻,鉛相擴(kuò)散均勻。鉛相擴(kuò)散均勻的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較厚的IMC層,部分IMC過度生長可能會(huì)因基體無力承載導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。

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圖2. 鉛相均勻的混裝工藝

那么,鉛相擴(kuò)散均勻是否代表焊點(diǎn)的強(qiáng)度和可靠性更高?還是鉛相集中在PCB一側(cè)使焊點(diǎn)可靠性更好一些?從邏輯上來說,有鉛焊點(diǎn)的強(qiáng)度大于無鉛焊點(diǎn),而鉛相擴(kuò)散的不均勻并不會(huì)降低焊點(diǎn)的強(qiáng)度和可靠性。

需要指出的是,無論是鉛相擴(kuò)散均勻還是不均勻,焊點(diǎn)的可靠性都受到多個(gè)因素的影響,包括焊接溫度曲線、焊接時(shí)間、焊接材料的特性等。同時(shí),焊接工藝的控制、質(zhì)量檢測和可靠性測試也是確保焊點(diǎn)可靠性的重要環(huán)節(jié)。

在實(shí)際生產(chǎn)中,如果焊點(diǎn)的可靠性符合要求,沒有發(fā)現(xiàn)焊接缺陷或故障,那么無需過分擔(dān)心鉛相擴(kuò)散的均勻性或不均勻性。然而,如果產(chǎn)品出現(xiàn)焊點(diǎn)故障或不良問題,鉛相擴(kuò)散不均勻性可能成為問題的一個(gè)指示因素。

審核編輯 黃宇

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