微电子工业的飞速发展,芯片封装的不断小型化,不仅促进了SMT贴片加工厂的印制电路板朝高密度、多层化方向发展,焊盘尺寸也随之精细化,更小的焊盘、更小的间距对印制电路板的可焊性等工艺提出了更严格的要求。如0.5Pitch的BGA焊盘多为10~12mil,而0.4Pitch的BGA焊盘则达到了8mil(约0.2mm)。
一、可焊性测试
参考标准IPCJ-STD-003印制板可焊性测试,其中所规定可焊性测试方法包括:
1、边缘浸焊测试,又称浸锡测试,主要用于表面导体和焊盘的测试,最终通过焊盘润湿面积来进行判断;
2、摆动浸焊测试、浮焊测试、波峰焊测试主要用于镀覆孔的可焊性测试(较少用于表面导体、焊盘的测试),最终通过镀覆孔的润湿程度进行判断;
3、润湿称量测试,又称润湿平衡测试,适用于镀覆孔、表面导体及连接盘的测试。一方面其虽是一类具有量化测试数据的测试,但其与SMT组装时可焊性的关系尚未确立。另一方面受到测试原理本身以及样品要求的限制,其不能对过于精细的单个焊盘进行测试;
4、表面贴装工艺模拟测试,这种测试是采用实际贴装过程中印刷锡膏回流的方式进行验证,因而其最能直接反映PCB在实际贴装过程中的可焊性表现情况。
二、该类现象的特征
由于以上各种方法各有其一定特性和局限,因而在实际可焊性检验过程中会针对具体情况进行选择。而边缘浸焊测试因其易于操作、现象直观,已成为PCB可焊性检验的首选方法。而在实际的检验过程中,使用标准所规定的标准活性松香助焊剂,时常发现小尺寸焊盘存在完全不上锡的现象。
经过大量观察发现该类现象具有以下特征:
1、板面除个别小焊盘完全不上锡外,其余焊盘均上锡饱满,无缩锡等不良情况产生;
2、阻焊限定焊盘发生概率要高于蚀刻限定焊盘;
3、完全不上锡的焊盘表面不存在明显的污染或者其他可能影响可焊性的异常情况;
4、同批次板通过标准所规定的SMT贴片加工工艺模拟测试方式所得出的结论截然相反,焊盘润湿率100%。
以上问题的发生严重地影响到了可焊性的鉴定,甚至是同一标准要求下的两种测试得出来的结论截然相反。这种因为测试方法选择导致的结论偏差的情况,间接的说明了测试方法存在未知的局限性。因而对于以上问题的正确认识和处理是十分有必要的。
三、现象分析
1、针对于完全不上锡的情况,推测有两种可能性:
1)焊盘可焊性不良,在浸锡试验过程中拒锡,从而完全不上锡;
2)焊盘本身可焊性并不存在问题,由于未知的原因导致完全不上锡。
2、由于该完全不上锡情况进行了常规的可焊性异常排查:
1)不存在缩锡等不良情况;
2)对不上锡的焊盘进行了扫描电镜及能谱元素分析发现焊盘表面不存在明显污染情况;
通过标准所规定的表面贴装工艺模拟测试方式完成上锡。
通过以上验证可确定焊盘的可焊性是没有问题的,因而应属上述推断的第二种可能的情况。
另外对于前面所提到的阻焊限定焊盘发生概率要高于蚀刻限定焊盘,对于两种焊盘其主要在阻焊制作上存在差异:蚀刻限定焊盘成型于线路蚀刻,阻焊开窗大于焊盘尺寸;阻焊限定焊盘成型于阻焊制作,阻焊覆盖于较大的表层铜皮上通过阻焊开窗形成焊盘,阻焊开窗等于焊盘尺寸。另外,在阻焊厚度均一的理想情况下,阻焊限定焊盘周边阻焊高出焊盘平面的高度要大于蚀刻限定焊盘。
综上,推测可能是由于在较小的焊盘条件下,阻焊高出焊盘的尺寸(后续简称阻焊高度)较大使得浸锡试验中焊料未能接触到焊盘,从而完全不上锡。