SMT部分工艺知识分享
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SMT部分工艺知识分享
主要针对锡膏印刷、ICT 测试、Void 及锡须等方面的相关知识进行交流。
具体归纳如下:
1.Solder Paste Print 锡膏印刷
主要从锡膏粘刮刀并易导致锡膏漏印的角度来讲,分以下几个方面:锡膏方面:
1)锡膏流变性不佳,致使锡膏无法顺利流入网孔。
这和锡膏的粘度高、颗粒大及助焊剂含量低有关。
2)锡膏的稳定性差,性能下降。
由锡粉颗粒和助焊剂发生化学反应而形成锡膏块。
这和锡膏的稳定性不佳和粘度高有关。
网板开口:
网板开口形状不佳,孔壁不够光滑等都可能导致锡膏漏印量不足及成形不佳。
2.ICT Test
ICT 测试
ICT 测试误判率大小主要和 ICT 测试针的性能、测试精度及锡膏助焊剂残留物的性能等方面有关。
锡膏残留物较多且较坚硬,ICT 测试针无法穿透松香残留物,易导致 ICT测试时误判甚至无法测试,给 ICT 测试带来极大的困扰!图片如下所示:
Print
3.Void 空洞
由于无铅锡膏的表面张力比有铅大,因此无铅导入后,BGA/CSP 焊点的 Void 越来越受关注。
☆BGA/CSP 焊点内的 Void 分为两种:焊点内部和交界面处,如下图所示:
☆业内普遍采用的 BGA/CSP 焊点 Void 含量的标准如下:面积百分比(Area%)
☆Void 量的多少主要和以下几个因素有关: 1)表面张力的大小由于表在张力较大,气泡无法及时溢出而导致在焊点内形成 Void。
各合金的表面张力大小如下图所示:
注:通常认为有 N2保护的回流环境 Void 的量会减少的观念是错的,其实 Void 量反而会增多。
这是因为 SnO(表面张力)<Sn(表面张力),在 N2 保护的环境下没有焊锡表面没有氧化层存在,而氧化层可以降低表面张力。
2)助焊剂气体的挥发
助焊剂主要由树脂、溶剂、反应物、活性剂等组成,而在焊接过程中,大部分的溶剂、少量的活性剂等都挥发出去,而在焊点内部产生Void。
3)助焊剂助焊剂保留在焊球内,易形成 Void。
4)焊接过程中反应产生的气体挥发出来而产生 Void。
5)PCB 板受热后挥发出来的气体
PCB 板受潮,受热后气体挥发出来,而在焊点内产生 Void。
在空气中放置的 PCB 超过一定的时间必须进行烘烤,就可以有效解决这一问题。
6)润湿性不好
如果润湿效果不好的话,就容易产生 Void。
此时应检查 PCB 或锡膏的状况。
7) Re-flow 回流条件
峰值温度和回流时间根据不同的产品和元件类型来设定。
一般来说,较长的预热时间对减少 Void的量是有好处的。
4. Whisker 锡须
1)锡须的定义:☆面积比(长度/直径)应当超过 2 ☆长度大于 10um 2)锡须分类
☆NODULE(WN):长度小于直径,有时也叫“Mound”
☆COLUMN(WC):长度大约 2—10 倍的直径,呈线状。
☆FILAMENT(WF):长度大于 10 倍的直径
☆SPIRAL(WS):既不属于 WC 也不属于 WF,呈弯曲状。
☆NODULE+ FILAMENT(WNF):由 WN 而不是镀层表面产生的。
3)锡须的生长机制
☆来自镀层设计(表面和内部母材)、元件端头的结构和设计和使用环境之间相互作用产生内部应力,因而促进了锡须的生长。
☆锡在这些内部应力的作用下重结晶而产生锡须,通过作用在锡镀层上的内部应力而促进生长。
重结晶的温度应当在 0-25 度。
以下为在不同温度下产生锡须的时间:
☆镀层内部应力来自于:发光材料、铜和锡交界处 Cu6Sn5 结晶的生长、表面镀层的氧化及母材和镀层之间的热膨胀系数不同。
☆来自于外部机制的应力:如引脚弯脚处
☆上述几种应力很少同时发生,有时会相互抵消,所以锡须的生长过程是极其复杂的。
4)锡须产生的原因分析
☆锡度层的种类:较亮(Bright)的锡镀层内部应力较大。
☆母材种类:镀层和母材之间结成金属间化合物,使体积增大而增加内部应力。
如果母材含有的杂质发生扩散也会增大内部应力。
☆氧化:Sn 镀层氧化生成 SnO2, SnO2=1.4* Sn,体积增大,而产生内部应力。
☆变形挤压:如元件弯脚处的变形挤压易产生内部应力。
☆热膨胀:母材和镀层之间的热膨胀系数不一样,当温度升高时易产生内部应力。
☆电子迁移:电子迁移易产生锡须,特别是在较高的温度和较大的电流下。
5)锡须的测试条件:
☆室温条件下:母材为 Cu 和 Sn 镀层之间产生锡须的风险。
一般条件下生成 Cu6Sn5。
如果同时有 Cu6Sn5 和 Cu 3Sn 产生,则两者的
应力可以相互抵消。
测试条件为:30℃/60%RH/4000hr。
在室温条件下,锡须的生长和时间的关系如下:母材:Cu(99。
96%)
☆高温和高湿条件下:主要检验 Sn 镀层氧化的风险。
SnO2=1.4* Sn,增大了内部应力。
测试条件:55℃/85%RH/2000hr。
☆冷热冲击实验:母材和镀层之间的热膨胀系数不一样,测试条件:-40℃/85℃/1000cycle
6)对策
◇热处理:电镀完,进行热处理,150 度/1H
◇合金:Sn-X(Sn-Bi,Sn-Cu,Sn-Ag)
◇光亮度:无光的镀层比有光的好
◇镀层厚度:常用厚度应当在 2-3um,厚一点更好。
◇基材:避免用 Cu 作为基材
7)扰性板 Connector,在外部应力的作用下挤压变形,易产生锡须。