噴印工藝的LGA焊點缺陷的類型與原因

呂俊杰

摘 要 本文結合生產歷史數據，探討了焊膏噴印方式下LGA封裝器件的焊接問題形成原因，發現焊膏噴印量及車間濕度的變化對LGA焊點少錫合并錫珠缺陷的產生影響顯著，而回流爐預熱升溫速率則對其無明顯影響。造成該焊接缺陷的機理是： LGA這種封裝底部間隙非常小的元器件存在毛細管現象，在回流焊過程中，噴印焊膏飛濺極易產生錫珠。通過調整焊膏噴印參數、車間環境濕度、貼片壓力等方式，有效改善了LGA的焊接質量。

【關鍵詞】LGA 噴印 焊膏 少錫合并錫珠

1 前言

LGA是一種類似于BGA但底部無焊球的柵格陣列封裝，采用在PCB上印刷焊膏并回流焊接的方式完成組裝。這種特殊的封裝形式使芯片與PCB的距離明顯較小，LGA具有更優越的電氣性能。此外，由于焊點高度的減小，LGA封裝能有效改善彎曲、振動和跌落的可靠性。因此，現代的便攜式電子產品及軍用電子產品都越來越多的選擇應用這種LGA封裝器件。但較BGA及其他封裝元器件，LGA焊接后的支撐高度很低，清洗困難，而且由于焊劑殘留問題，形成空洞和錫珠的幾率會增大，空洞和錫珠的形成與焊膏成分又有著密切關系。本文采用的噴印焊膏具有焊粉粒徑小、助劑含量高、粘度低等特性，這些特性都將提高LGA焊接缺陷產生的概率，增加了返修成本和難度。

2 LGA焊點缺陷類型

對歷史數據進行統計分析，按照LGA器件發生各種缺陷的頻次做排列圖如圖1。由圖1可見，占比達70%的缺陷為少錫合并錫珠缺陷，如圖2為X-Ray檢測的LGA錫珠缺陷。由圖2可看出，很多焊盤上明顯少錫，在焊盤中間還存在或大或小的錫珠。為進一步排查缺陷，對故障LGA器件進行解焊，觀察LGA器件焊盤和對應PCB焊盤上焊錫潤濕情況，圖3所示。圖中發現LGA器件部分焊盤上有較多焊錫，部分焊盤則幾乎沒有焊料潤濕，對應的PCB焊盤上也是同樣的情況。由于每片板的焊膏涂覆質量均經過SPI檢測，并且調取SPI檢測數據，焊膏量顯示正常。因此，該缺陷直觀表現為部分焊盤上的焊錫被偷走至其他焊盤上了，過多的焊錫使得整個器件浮高，從而使得其他焊盤幾乎沒有焊錫潤濕。

3 焊點缺陷原因分析

3.1 初步原因分析

基于如上缺陷的圖片信息，根據經驗，產生該缺陷的原因應該是多方面的。為了準確、快速的解決問題，從“人、機、料、法、環”生產五要素方面，對可能產生少錫合并錫珠問題的原因進行了分析，見如下圖4的因果圖。根據各因素可能性大小、測量的難易程度，分為4個分值等級，對各因素進行逐項打分，并進行統計。排在前三位的分別是：“焊膏噴印量偏少”、“回流焊預熱升溫速率過快”和“車間濕度偏大”；在所列因素中“焊盤氧化”被一致認為很重要，但是難測量，且在實際批量生產過程中較難去抽樣驗證，因此要求從源頭控制其來料質量。

3.2 影響因素分析

通過調整回流爐升溫速率，隨著其他參數的變化，LGA焊點缺陷數的變化范圍一致。可見，該因素的影響并不顯著。如圖5所示。

雙因子方差分析結果顯示：焊膏噴印量及車間濕度的P值均等于0.000，小于0.01，說明兩個因素的影響均高度顯著。3050.1/10236.3=29.8%，說明焊膏噴印量的影響大約為29.8%左右；6004.1/10236.3=59.65%，說明車間濕度的影響大約為59.65%左右；R-Sq（調整） = 99.33%，說明兩個因素及其交互作用的影響達到了99.33%

4 總結

通過試驗驗證得出，通過優化焊膏噴印量、降低車間空氣濕度等措施，有效解決了基于噴印工藝的LGA器件的焊接缺陷問題。

焊膏噴印技術有其優勢也有著特殊性，新技術的出現也將帶來新的工藝問題，需要進行更多的探索工作。造成此次LGA器件較多缺陷的主要原因與焊膏噴印參數、噴印焊膏體系及其對環境濕度的高敏感性相關，但是貼片壓力、回流焊溫度曲線設置不合理也會導致其他缺陷的產生。

參考文獻

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