最近常有網(wǎng)友詢問(wèn)BGA封裝IC碰到NWO問(wèn)題該如何處理?其實(shí)一般的NWO(Non Wet Open)幾乎都發(fā)生在BGA封裝IC的邊緣及角落,而其原因也大多是因?yàn)锽GA的載板(substrate)或PCB流經(jīng)回焊(reflow)爐時(shí)板子材料不耐高溫變形所致,其現(xiàn)象的具體呈現(xiàn)其實(shí)與
HIP(Head-In-Pillow,枕頭效應(yīng)) 也極為類似。
這NWO(Non Wet Open)發(fā)生的可能原因有很多,比如說(shuō)板材變形、焊墊/焊盤氧化、溫度熱能未達(dá)到融錫要求、防焊印刷偏移…等,不過(guò)有80%以上的問(wèn)題幾乎都來(lái)自于板材變形。
另外,從NWO發(fā)生的現(xiàn)象觀察,其不良現(xiàn)象或許有機(jī)會(huì)可以使用
X-Ray檢查出來(lái),因?yàn)橛∷⒃贜WO焊墊上的錫膏經(jīng)過(guò)回焊后幾乎全被BGA的錫球給吸走了,照這種邏輯來(lái)推論,那么發(fā)生NWO位置的錫球應(yīng)該會(huì)比其他正常的錫球來(lái)得大才對(duì),所以有機(jī)會(huì)用X-Ray檢查出來(lái)。
NWO發(fā)生原因:板材變形
電路板在流經(jīng)回焊爐的恒溫浸泡區(qū)(soak zone)時(shí),電路板會(huì)因?yàn)槭軣岫_(kāi)始慢慢地彎曲變形,因?yàn)橐话汶娐钒宕蟾胖粫?huì)選用Tg>150(Tg為玻璃轉(zhuǎn)換溫度)左右的板材來(lái)節(jié)省成本,隨著回焊爐內(nèi)的溫度越來(lái)越高,電路板的變形會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重,另外,板材厚度越薄及所負(fù)載的零件重量越重時(shí),其變形量也會(huì)越加明顯。
有些原本焊接在PCB焊墊上的錫膏會(huì)黏在BGA的錫球上,隨著溫度漸漸升高,BGA的錫球與電路板間空隙越來(lái)越大,錫膏會(huì)漸漸地被帶往錫球的方向,到最后全部黏在BGA的錫球上,當(dāng)爐溫到達(dá)融錫溫度時(shí),BGA的錫球與電路板焊墊間的空隙也來(lái)到了最大,也就是說(shuō)當(dāng)錫球與錫膏完全熔融時(shí)并未接觸到電路板的焊墊,直到回焊爐的溫度再次回到焊錫的熔點(diǎn)前都未能接觸到焊墊。
當(dāng)回焊爐開(kāi)始降溫到低于焊錫的熔點(diǎn)之后,電路板也逐漸從彎曲變形中慢慢恢復(fù)到原始狀態(tài)(事實(shí)上有些狀況根本回不來(lái)),但這時(shí)候所有沾附在BGA錫球上的錫膏早都已經(jīng)與錫球融為了一體,冷卻后再與焊墊接觸時(shí)就只會(huì)像公車站般靠在電路板的焊墊上而已,兩者并未焊接在一起,當(dāng)板子因?yàn)槟承┣闆r再發(fā)生稍微變形,就會(huì)形成開(kāi)路,這大概就是電路板焊墊上無(wú)錫NWO的現(xiàn)象。
上圖將NWO(Non-Wet-Open)與HIP(Head-In-Pillow)或HoP(Head-of-Pillow)在SMT的Reflow溫度曲線下形成的原因稍微做了解釋,基本上兩者都是因?yàn)榘宀淖冃嗡?,只是HIP的錫膏會(huì)保留在電路板的焊墊上,但NWO則完全轉(zhuǎn)移到了錫球。
解決方法:其實(shí)不論你想解決HIP或NWO,其方法不外乎降低板彎板翹的發(fā)生率與增加BGA焊墊的錫膏量?jī)煞N。目前雖然有對(duì)策但卻仍無(wú)法100%解決,或是投資與收穫不成正比,所以得自己判斷如如才是最有效降低其不良率的方法。
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NWO發(fā)生原因:焊墊/焊盤氧化
依據(jù)上面的解說(shuō),其實(shí)NWO的現(xiàn)象就是焊墊上沒(méi)有吃錫,所以,如果有焊墊/焊盤出現(xiàn)氧化,就算板子沒(méi)有因?yàn)闇囟榷冃我矔?huì)造成同樣的現(xiàn)象Non-Wet現(xiàn)象。
解決方法:如果是焊墊氧化,當(dāng)然就得處理PCB咯!
NWO發(fā)生原因:焊墊溫度熱能未達(dá)到融錫要求
另外一個(gè)造成NWO的原因是焊墊的溫度無(wú)法有效達(dá)到融錫的要求,這種現(xiàn)象通常發(fā)生在BGA中間的錫球部份,或是連接有大片銅箔的接地焊墊。
? BGA中間的位置,尤其錫球顆數(shù)較多的大型BGA封裝,其底下焊墊的升溫因?yàn)槭艿奖倔w的阻隔,所以受熱升溫會(huì)從最外圍的焊墊開(kāi)始往內(nèi)延伸,如果回焊溫度曲線調(diào)整的不好,就有可能造成BGA中間區(qū)域的焊墊未受熱完全就開(kāi)始降溫,以致形成NWO的情形。
? 焊墊連接大面積基地銅箔會(huì)拉低焊墊溫度上升的速度,因?yàn)榇蟛糠值臒崮芏急唤拥劂~箔給吸走了,當(dāng)其他焊墊已經(jīng)達(dá)到了融錫的溫度時(shí),這些連接了大面積銅箔的焊墊卻還未達(dá)能到該有的溫度,于是焊墊上的錫膏就會(huì)被BGA上溫度比較高的錫球給搶走,一旦回焊爐的溫度開(kāi)始下降,就會(huì)形成NWO的現(xiàn)象。
解決方法:一般的建議會(huì)先調(diào)整回焊爐溫的曲線以得到最佳化,這樣也是最便宜的方法,可以考慮增加恒溫浸泡區(qū)(soak zone)的時(shí)間,讓所有的焊墊都可以達(dá)到一定的溫度后才進(jìn)入回焊區(qū)(reflow zone)。
另外,對(duì)于連接到大面積銅箔的焊墊建議要變更佈線增加【熱阻焊墊/限熱焊墊(thermal relief)】的設(shè)計(jì),以求有效降低大部分熱能被大面積銅箔吸走的機(jī)會(huì)。
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