焊点气泡危害及其产生原因课件.ppt
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1、焊點氣泡的危害及其產生原因焊焊點氣泡的危害及其點氣泡的危害及其產產生原因生原因http:/ PCBA失效的20%;BGA錫球內的空洞PTH 焊點內的空洞PCBLead一般SMT 焊點內的空洞3.空洞的兩種危害1.1.空洞及其危害空洞及其危害焊點強度/可靠性下降焊點短路1.減少有效焊接面積削弱焊接強度降低可靠性。2.推擠焊錫導致焊點間短路。4.2.2.空洞允收標準空洞允收標準空洞的判定一般使用X-RAY影像來裁決,允收標準一般針對BGA錫球內的氣泡。IPC-A610D要求從top view觀察空面積可超過球面積的25%。25%area焊點內的空洞可以用切片X-Ray等手段觀察到。5.2.2.空洞
2、允收標準空洞允收標準IPC-7095A 對BGA錫球中氣泡允收標準有較細致的定義IncomingType BType AAfter PCA ReflowType DType CType E6.()()(1)Flux與金属氧化物(SnO/CuO)反應後產生水分(2)Flux中的有機酸酯化反應生成水空洞產生的一般原因是焊錫熔融時生成了氣體。Flux殘留有機物質在焊接高溫中裂解產生氣體。3.3.空洞空洞產產生生機理機理水汽:水汽:有機物裂解:有機物裂解:(3)受潮引用自Tamura研究成果氣體來源7.3.3.空洞空洞產產生生原因原因引用自Tamura研究成果助焊劑活性不足三成員(引腳、焊錫、PCB
3、PAD)吸水、氧化PAD設計(盤上via)破孔表面處理回流時間柯肯達爾現象8.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之一之一助焊劑活性不足錫膏中的助焊劑殘渣未及排出 熔融的焊錫,在高溫下裂解形 成氣泡。活性較強的助焊劑能抑制氣泡 的形成-強活性的助焊劑使潤 濕速度加快,減少助焊劑殘渣 被焊錫包裹的機會。SnPb63-37SnPb10-90Void(%)Relative activator content0510150%1%2%3%4%5%資料來源:by 白蓉生9.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之二之二三成員(引腳、焊錫、PCB PAD)吸水、氧化吸水:水在加熱時汽化,在焊 點內形成很大的氣泡,甚至
4、能使 相鄰的錫球由於焊錫溢出而短 路。氧化:1、使得助焊反應更劇烈,形成更多的 氣泡;2、氧化不易完全清除,潤濕速度較 慢,不利與氣泡外排;3、由於拒焊而形成氣泡集中。10.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之三之三PAD設計(盤上via)SMT時,焊錫覆蓋在via上,via內部空氣難以逃溢。此種氣泡國際規范已予允收(J-STD-001D)。解決1:電鍍填孔解決2:控深鑽孔盤上via導致氣泡解決3:塞孔鍍銅11.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之四之四PTH破孔波峰焊時,PTH孔壁上的破孔 向外吹氣稱為吹孔。PTH的破孔一般與鑽孔鍍銅等流程有關由於PCB基材需要經過許多濕制程,難免會從破孔處吸入
5、水汽、化學物質,這些物質在高溫下可能放出大量的氣體。12.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之五之五表面處理表面處理層防氧化不到位導致焊接時候空洞較多。OSP等有機表面處理會由于有機膜裂解而產生空洞。裸銅板會由于氧化而生成大量氣泡OSP膜在焊接時若不能被焊錫及時趕出焊盤則可能裂解生成大量微洞13.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之六之六回流時間回流時間對氣泡產生量的影響:1、較長的回流時間有利於氣泡的逃溢;2、時間過長的回流會加劇助焊劑裂解;3、PAD再氧化形成更多氣泡。Peak temperature:260Peak temperature:260 TOLTOL:45 seconds:45 s
6、econds Peak temperature:Peak temperature:235235 TOLTOL:70 seconds70 secondsprofilprofile e A Aprofilprofile e B B 引用自Tamura研究成果14.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之七之七柯肯達爾(KirkendallKirkendall)現象Aged at 150 C:after 3 daysAged at 150 C:after 20 days焊点IMC內部的一些微小的孔洞随着时间的积累越来越大,越來越多最后会连成一条细缝,导致焊点断裂。这种现象,就是柯肯達爾(Kirkendal
7、l)效应。圖片來源Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability by Kejun Zeng,15.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之七之七柯肯達爾(KirkendallKirkendall)現象圖片來源Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability by Kejun Zeng,
8、柯肯達爾孔洞機理不等量原子擴散空位16.THANK YOUSUCCESS2024/4/21 周日17.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之九之九柯肯達爾現象(Kirkendall equationKirkendall equation)柯肯達爾孔洞的兩種生成機制扇貝型Cu6Sn5 IMC 連續的Cu6Sn5和Cu3Sn IMC Aged at 150 C:after 3 daysAfter reflow圖片來源Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint re
9、liability by Kejun Zeng,1.基底Cu擴散 焊接完成后焊點的Cu6Sn5 IMC層呈扇貝型在后續的老化中IMC會由于Cu底不斷向Sn中擴散而生長Cu擴散使得在Cu與IMC的界面產生空位這些空位聚集起來就會形成孔洞。18.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之九之九柯肯達爾現象(Kirkendall equationKirkendall equation)圖片來源Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliabilityCu6Sn5
10、2Cu3Sn3Sn2.Cu3Sn IMC層的生長 在焊接剛剛完成時焊點中的Cu3Sn IMC是很少甚至沒有的 老化過程中會發生如下反應導致Cu3Sn IMC生長:反應中生成的Sn會向Cu底擴散從而在Cu3Sn IMC中留下空位形成孔洞。19.3.3.空洞空洞產產生原因生原因之七之七圖片來源Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability柯肯達爾現象的防范 1.1.銅銅焊焊盤上鍍上盤上鍍上NiNi阻擋層阻擋層:柯肯達爾孔洞一般出現在Cu基底
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