【SMT】焊点气泡的危害及其产生原因.ppt
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1、焊點氣泡的危害及其產生原因,焊點氣泡的危害及其產生原因,http:/ 2.空洞允收標準 3.空洞產生原因 4.空洞致焊點失效案例,空洞是焊點中常見的現象;,1.空洞及其危害,空洞對焊點的危害較大,統計分析顯示,與空洞有關的失效佔到了 PCBA失效的20%;,BGA錫球內的空洞,PTH 焊點內的空洞,一般SMT 焊點內的空洞,空洞的兩種危害,1.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。,2.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 vi
2、ew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。,2.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, () , ,(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. 空洞產生機理,水汽:,有機物裂解:,(3) 受潮,引用自Tamura研究成果,氣體來源,3. 空洞產生原因,引用自Tamura研究成果,助焊劑活性不足,三成員(引腳、焊錫、PCB PAD) 吸水、氧化
3、,PAD設計(盤上via),破孔,表面處理,回流時間,柯肯達爾現象,3. 空洞產生原因之一,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。,Void (%),Relative activator content,0,5,10,15,0%,1%,2%,3%,4%,5%,資料來源 : by 白蓉生,3. 空洞產生原因之二,三成員(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,甚至能使 相鄰的錫球由於焊錫溢出而短 路。,氧
4、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。,3. 空洞產生原因之三,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,3. 空洞產生原因之四,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水汽、化學物質,這些物質在高溫下可能放出大量的氣體。,3.
5、 空洞產生原因之五,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洞,3. 空洞產生原因之六,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 : 260 TOL : 45 seconds, Peak temperature : 235 TOL : 70 seconds,profile A,profile B,
6、引用自Tamura研究成果,3. 空洞產生原因之七,柯肯達爾(Kirkendall)現象,Aged at 150 C: after 3 days,Aged 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(Kirkendall)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,3
7、. 空洞產生原因之七,柯肯達爾(Kirkendall)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,柯肯達爾孔洞機理,不等量原子擴散,3. 空洞產生原因之九,柯肯達爾現象(Kirkendall 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 days,After reflow,圖片
8、來源Kirkendall void formation in eutectic SnPb solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability 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。,3. 空洞產生原因之九,柯肯達爾現象(Kirkendall equation),圖片來源Kirkendall void formation in eutectic SnP
9、b solder joints on bare Cu and its effect on joint reliability,2. 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。,3. 空洞產生原因之七,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
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- SMT 气泡 危害 及其 产生 原因
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