μBGA、CSP在回流焊接中冷焊率較高的原因

在回流焊接過(guò)程中，對于密腳（間距≤0.5mm）的μBGA、CSP封裝芯片來(lái)說(shuō)，由于焊接部位的隱蔽性，熱量向焊球焊點(diǎn)部位傳遞困難，存在冷焊發(fā)生率較高的風(fēng)險。在相同的峰值溫度和回流時(shí)間條件下，與其他熱空氣中焊點(diǎn)暴露性好的元器件相比，μBGA、CSP焊球焊點(diǎn)獲得的熱量明顯不足。這就使得一些μBGA、CSP底部焊球的溫度難以達到潤濕溫度，從而引發(fā)了冷焊問(wèn)題。

圖1.CSP(芯片級封裝）回流焊接的傳熱途徑

冷焊是指在焊接中焊料與基體金屬之間沒(méi)有達到最低要求的潤濕溫度，或者局部發(fā)生了潤濕，但冶金反應不完全而導致的現象。冷焊會(huì )導致焊點(diǎn)的質(zhì)量下降，進(jìn)而影響到元器件的可靠性和性能。

那么，如何降低μBGA、CSP在熱風(fēng)回流焊接中的冷焊率呢？根據冷焊產(chǎn)生的原因，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

優(yōu)化回流曲線(xiàn)

回流曲線(xiàn)是指在回流過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，它反映了元器件和PCB受熱情況。為了使μBGA、CSP底部焊球能夠充分加熱和潤濕，需要增加回流曲線(xiàn)中的峰值溫度和保溫時(shí)間。峰值溫度應高于焊料球的液相線(xiàn)溫度至少20℃，保溫時(shí)間應保證焊料球能夠完全融化并與焊盤(pán)形成良好的界面。同時(shí)，也要注意避免過(guò)高的峰值溫度和過(guò)長(cháng)的保溫時(shí)間造成元器件或PCB過(guò)熱損壞。

采用“紅外+強制對流”加熱

改進(jìn)回流焊接熱量的供給方式，如采用“紅外+強制對流”加熱。使用紅外線(xiàn)作為主要的加熱源達到最佳的熱傳導，并且抓住對流的均衡特性以減小元器件與PCB之間的溫度差距。

改善封裝體結構

封裝體結構對于μBGA、CSP底部焊球加熱有重要影響。一般來(lái)說(shuō)，封裝體越薄越小，其對焊球加熱的阻礙越小。因此，可以通過(guò)減小封裝體厚度和面積來(lái)提高焊球加熱效率。另外，也可以在封裝體內部增加金屬層或其他導熱材料來(lái)增強封裝體內部的導熱性能。

選擇合適的焊料球

焊料球是μBGA、CSP與PCB連接的關(guān)鍵部分，其材料和直徑對于冷焊問(wèn)題有直接影響。一般來(lái)說(shuō)，焊料球的材料應與PCB上的焊盤(pán)材料相匹配，以保證良好的潤濕性能。焊料球的直徑應根據封裝體的密腳程度和PCB上的焊盤(pán)尺寸合理選擇，以避免過(guò)大或過(guò)小造成的焊點(diǎn)缺陷。此外，焊料球的表面應保持清潔和光滑，以減少氧化和污染的影響。