在回流中,熔化的焊膏在板上沿著金屬線擴(kuò)張。如果擴(kuò)展性足夠,鄰近的焊點(diǎn)之間的縫隙將被橋連。焊膏帶之間的空隙從0.1mm到0.8mm之間不等。每個(gè)空隙之間最多可產(chǎn)生20個(gè)橋連。
方型扁平封裝——對(duì)于間距小于20mil的器件, 當(dāng)開(kāi)孔與焊盤(pán)的比率為1:1時(shí), 會(huì)增大橋連的風(fēng)險(xiǎn)。 要降低風(fēng)險(xiǎn),通常的做法是減少一定量的印刷面積。 將開(kāi)孔面積減少10%,孔自然減小。然而,當(dāng)印刷面積減少10%,焊盤(pán)暴露的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)提高。 雖然暴露焊盤(pán)不會(huì)損害可靠性,但它影響到組件的外觀。 如果錫鉛工藝中需要關(guān)注裸露的焊盤(pán), 那么在無(wú)鉛工藝中則更需要關(guān)注。
為了量化開(kāi)孔大小的影響,我們?cè)诿繅K測(cè)試板上貼裝2個(gè)20mil間距的方形QFP。研究中I部分,QFP’s之一開(kāi)孔與焊盤(pán)的比率為1:1,另一個(gè)減少了10%。 研究中部分II,開(kāi)孔設(shè)置被定為1:1,減少5%和減少10%。 兩部分測(cè)試中都用到了5mil和6mil厚的金屬網(wǎng)片(分別為125和150μM)??偟膩?lái)說(shuō), I部分進(jìn)行了面積及網(wǎng)片厚度的四種組合的測(cè)試;II部分則進(jìn)行了六種組合的測(cè)試。 測(cè)試板如圖3所示。
片式元件間錫珠(Mid-chip solder ball, MCSB)也是一個(gè)常見(jiàn)缺陷,很容易受到網(wǎng)板設(shè)計(jì)的影響。雖然形成片式元件間錫珠的因素很多——包括焊盤(pán)設(shè)計(jì)、阻焊膜形態(tài)、貼裝壓力、電極形狀和金屬化、焊盤(pán)最終處理和回流曲線——焊膏印刷圖形的尺寸和形狀,也正面或負(fù)面地影響到片式元件間錫珠的形成。
如果焊膏的相對(duì)體積較大,特別是在貼放元件的區(qū)域,貼裝時(shí)會(huì)把柔軟的焊膏擠出去。印刷到器件本體下面的焊膏,在回流時(shí)可能會(huì)被拉回到焊盤(pán)上,也有可能不會(huì)。 如果焊膏沒(méi)有被拉回,在其液態(tài)時(shí)由于毛細(xì)作用能夠轉(zhuǎn)移到元件的邊上,在冷卻后形成錫珠。圖4為典型的片式元件間錫珠。
采用錫鉛焊膏進(jìn)行幾百次MCSB測(cè)試,其數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,效果最差的網(wǎng)板設(shè)計(jì)是1:1焊盤(pán)開(kāi)孔比例、矩形開(kāi)孔、6mil網(wǎng)板厚度的組合。效果最好的情況是所謂的“本壘板” (homeplate) 型開(kāi)孔,加上10% 的面積縮減,和5mil網(wǎng)板厚度。圖5表示矩形、本壘板形和反本壘板形開(kāi)孔。而且,以往數(shù)據(jù)表明,采用均熱式溫度曲線的效果不如斜升式溫度曲線,因?yàn)楹父鄷?huì)在達(dá)到液相線之前持續(xù)軟化并塌落 (熱坍塌)。
MCSB測(cè)試包括最佳和最差的網(wǎng)板設(shè)計(jì)。在I部分, 結(jié)合了每一種表面處理方式,焊膏型號(hào)及溫度曲線類型(斜升和均熱)。 每種元件貼裝300個(gè):1206、0805、0603、0402。150個(gè)為垂直貼裝,150個(gè)為水平貼裝。 使用了IPC推薦的焊盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)。研究中并未包括0201元件,因?yàn)樵S多適合于較大無(wú)源元件的原則不一定能夠適用于密間距微小元件的貼裝。作者認(rèn)為應(yīng)該單獨(dú)對(duì)0201進(jìn)行更深層次的研究。
在第II部分,采用了三種新的開(kāi)孔設(shè)計(jì)。如圖6所示,第一個(gè)是尖角倒圓的本壘板形,后兩個(gè)是帶有三個(gè)圓弧的反本壘板形。同樣,對(duì)300個(gè)與上面尺寸相同的元件進(jìn)行組裝,兩種表面處理方式/網(wǎng)板厚度,以及兩種回流曲線。
立碑與MCSB一樣, 是SMT中另一個(gè)常見(jiàn)的缺陷,它們的形成有多種因素, 但也會(huì)受網(wǎng)板設(shè)計(jì)的影響。 立碑,也被稱作“吊橋現(xiàn)象”或“曼哈頓現(xiàn)象”(Manhattan effect)。當(dāng)作用在一端的焊膏的表面張力大于另一端的表面張力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生;不平均的力瞬間作用于器件造成抬起,站立,像打開(kāi)的吊橋。影響立碑的設(shè)計(jì)因素包括焊盤(pán)形狀和熱容的不同。影響立碑的組裝因素包括焊膏印刷的位置精度,元件的貼裝精度,以及在回流焊中進(jìn)入液相時(shí)的溫升斜率。 開(kāi)孔設(shè)計(jì)與其他組裝因素互相影響,也會(huì)造成立碑。 如果元件沒(méi)有放在中心,它的一端會(huì)比另一端接觸更多的焊膏,由于焊膏熔化,這會(huì)導(dǎo)致元件兩端的張力差。 圖7為一典型的立碑缺陷。