随着无铅焊料在消费电子产品中的推广应用,给电子产品焊接组装带来巨大挑战,特别是CSP封装的smt贴片加工组装。由于无铅焊料液化温度(217°C)远高于锡铅焊料(183°C),PCB和元器件在回流焊接过程中产生变形在所难免,那么CSP枕头效应的发生也就不足为怪了。接下来,众焱电子小编就来讲解分析一下。
一、枕头效应(Head in Pillow)
枕头效应(HiP)也称球窝缺陷,就是在smt回流焊接阶段CSP锡球与锡膏没有完全熔合在一起而形成一个整体,从切片和染色实验结果中可以看出,CSP锡球与PCB焊盘上的焊料虽然接触,但存在明显的界线,不能形成有效的电气和机械连接。这种问题可能在线通过功能测试检测出来(开路),但也可能检测不出(微弱连接)而导致可靠性问题,影响产品的使用,因此危害很大。
二、枕头效应形成机理
业界认为,枕头效应的形成是因为无铅焊料液化温度高抬高了回流焊接温度,相对于锡铅焊料高20-30°C(锡铅回流温度210--230°C,无铅回流温度230—250°C)。在回流阶段,CSP元件产生翘曲变形导致锡球与锡膏分离,高温也导致锡膏中的助焊剂成分过度消耗,在冷却恢复过程中,熔融焊料球表面覆盖一层氧化膜导致其不能与锡膏完全熔融在一起而形成枕头形状。可以明显看出锡球与焊盘锡膏的分离状态。
三、形成球窝缺陷的潜在原因
从人、机、料、法、环等几个方面分析,导致枕头效应发生的潜在因素有很多:
1、钢网开孔设计,开孔面积比小导致锡膏印刷不良,锡膏在焊盘上分布不均;
2、锡膏印刷,印刷参数设置不当,锡膏在焊盘上分布不均;
3、贴装精度,元件贴装偏位,导致元件锡球不能与锡膏充分接触;
4、PCB变形,高温阶段发生变形,导致锡球与锡膏分离而接触不充分;
5、元件变形,高温阶段发生变形,导致锡球与锡膏分离而接触不充分;
6、锡膏化学成分,助焊剂成分沸点低,回流时很容易消耗怠尽,失去活性;
7、回流曲线,回流时间过长,温度过高,导致元件或PCB变形加剧及助焊剂成分过度消耗。
四、枕头效应应对措施
针对上一节的分析,smt贴片打样企业可以针对性地采取一些应对措施:
1、钢网扩孔,提高开孔面积比,加强钢网下锡性及脱模性能;
2、增大元件角落焊盘的钢网开孔,增加角落部位的锡膏量,因为发生枕头效应的位置大多在元件边角位置;
3、缩短回流时间,减小元件或PCB变形;
4、延长保温区的温度以缩小温差,可以降低回流时因为热冲击而导致的元件或PCB变形;
5、采用抗枕头效应的锡膏,采用含高沸点助焊剂的锡膏,减少回流前助焊剂的消耗,提高热阻抗,加速润湿以及保持良好的润湿稳定性;
6、采用氮气回流,降低锡球或锡膏的氧化机率;
7、优化回流温度曲线,缩短恒温到回流时间,降低助焊剂的消耗。
五、总结
1、BGA/CSP的封装和PCB基材的翘曲和以及助焊剂的过快消耗容易导致球窝缺陷的产生。
2、优化回流焊接曲线,通过减低最高温度和缩短190℃到220℃的升温段的时间可以减少球窝缺陷的产生。
3、使用具有抗高温性和强防氧化保护能力助焊剂的锡膏能减少球窝缺陷的发生。
4、在特定的参数设定下,并带一定的倾斜角度,X-ray设备能有效的捕捉到球窝缺陷。
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