LGA是一种类似于BGA但底部无焊球的栅格阵列封装,采用在PCB上印刷焊膏并回流焊接的方式完成组装。这种特殊的封装形式使芯片与PCB的距离明显较小,LGA具有更优越的电气性能。此外,由于焊点高度的减小,LGA封装能有效改善弯曲、振动和跌落的可靠性。
本文中,众焱电子小编将采用的喷印焊膏具有焊粉粒径小、助剂含量高、粘度低等特性,这些特性都将提高LGA焊接缺陷产生的概率,增加了返修成本和难度。
1、初步原因分析
基于如上缺陷的图片信息,根据smt贴片打样或加工的经验,产生该缺陷的原因应该是多方面的。为了准确、快速的解决问题,从“人、机、料、法、环”生产五要素方面,对可能产生少锡合并锡珠问题的原因进行了分析,见如下图的因果图。根据各因素可能性大小、测量的难易程度,分为4个分值等级,对各因素进行逐项打分,并进行统计。排在前三位的分别是:“焊膏喷印量偏少”、 “回流焊预热升温速率过快”和“车间湿度偏大”; 在所列因素中“焊盘氧化”被一致认为很重要,但是难测量,且在实际批量生产过程中较难去抽样验证,因此要求从源头控制其来料质量。
LGA产生少锡合并锡珠缺陷的因果图
2、影响因素分析
采用六西格玛的分析方法,对排名前三的因素分别开展验证试验,并对数据进行统计分析。对这三个影响因素分别取值,并开展正交试验。
1)图形及量化分析
焊膏喷印量及车间湿度的变化对LGA缺陷焊点的产生影响较为明显,且两个因素之间有一定的交互作用;而回流炉不同的升温速率则无明显影响,且其与另外两个因素之间也没有交互作用。
车间湿度对LGA缺陷焊点的影响要高于焊膏喷印量的影响。
通过调整回流炉升温速率,随着其他参数的变化,LGA焊点缺陷数的变化范围一致。可见,该因素的影响并不显著。
双因子方差分析结果显示:焊膏喷印量及车间湿度的P值均等于0.000,小于0.01,说明两个因素的影响均高度显著。3050.1/10236.3=29.8%,说明焊膏喷印量的影响大约为29.8%左右;6004.1/10236.3=59.65% ,说明车间湿度的影响大约为59.65%左右;R-Sq(调整) = 99.33%,说明两个因素及其交互作用的影响达到了99.33%。
2)机理分析
针对本文中出现的LGA少锡合并锡珠缺陷,结合上述分析结果,从焊接机理上进行分析。
对于LGA等这种封装底部间隙非常小的元器件,在回流焊接时,熔融的焊膏被挤到元件底部,较容易凝结成锡珠。其作用机理为元件贴装后在元件下形成毛细管间隙,由于毛细管力和助剂的扩散特点渗入毛细管间隙,一些焊料颗粒随着助焊剂流渗到毛细管中。在回流焊接中,元件下的间隙由于开始润湿和重力作用变得很窄,导致已经变成液体的焊料颗粒从元件下方被压出来。当可焊性变差、飞溅剧烈等因素加剧作用时,焊膏回流过程中的流动加剧,甚至流动至其他焊盘上,出现个别焊盘焊锡量非常多,而其他焊盘无焊锡润湿的现象。
为获得稳定、优良的喷印效果,喷印焊膏较普通印刷焊膏的助焊剂含量高。而焊膏助剂含量越高、助剂活性越强、焊膏受潮严重及焊接时预热速度过快等都将加剧焊膏的飞溅。且喷印焊膏至少为5#粉,增大了焊粉的比表面积,较容易氧化,焊粉氧化后表面张力也增大,导致焊料颗粒间不易熔合,从而加剧锡珠缺陷的产生。
未完待续…
众焱电子小编将会在《基于喷印工艺的LGA焊点缺陷改进》中讲解介绍LGA焊点缺陷的改进。
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