BGAVoid气泡问题解读.ppt

SourcesofVoids SourcesofVoids 锡球生产的方式 SourcesofVoids 芯片植球的过程 芯片Mount在主板上的过程 有机会消散掉 三明治结构让气泡无法散去 SourcesofVoids Shrinkage theinteriorofasolderjointisthelastpartofthejointtosolidifysoyouexpectittohaveavoid Moistureandcontaminatessupplygasesthatcanbetrapped Fluxinthepastedegradesandbecomesgaseousduringramp upinthereflowoven OnaBGAthegasesaretightlysandwichedbetweentwosurfacesandthevoidsthatoccurtypicallyrisetothetopofthesolderjoint Ahighrampratecancausemorevoidingbynotallowingtimeforvoidmigrationoutofthejoint ramprateexample 75vs 60 C minute PastefluxtoattachPBGAstendstoproducefewervoidsthanwithsolderpaste Toomuchfluxaddedduringthereworkprocesscancausevoids Properovenprofileandcleanpartscanreducesoldervoids锡球内的气泡通常导因于锡球陷缩 湿气与锡膏挥发物陷缩 通常 锡球的内部是在整个焊点的固化过程中最后冷却凝固的部份 可以预期这样的现象会导致陷缩孔产生湿气跟污染物在挥发时被锡球捕捉而形成锡球内气孔锡膏内的助焊剂在回焊炉升温的过程中因为降解而呈现汽化的状态 而在BGA中 挥发的气体将被紧包在像三明治一样的两层PCB板间 而产生的气泡也通常会上升到锡球的上方 通常一个比较快速的升温曲线会使锡球内产生更多的气泡 因为没有足够的时间让气泡可以移动到锡球表面消散掉PBGA所使用的助焊膏比锡球用的助焊剂较不易产生气泡在维修过程中所加入的过多助焊剂会导致锡球产生气泡合适的炉温及干净的零件会降低锡球产生气泡 SourcesofVoids EspeciallyforImAgBoard GalvanicCorrosion 电镀锈蚀腐蚀 当两种不同的金属直接接触并曝露在水或含融盐的水等电解质中 会产生电镀锈蚀腐蚀 电流会在两种金属之间流动 类似电池的化学反应因而产生 两种金属之间的电位差越大 氧化的速度越快 反之 电位差越小 氧化的速度越慢 而铜与银之间的电位差使得铜箔表面出现陷穴 SourcesofVoids EspeciallyforImAgBoard ImmersionAg Cucave Flux IMC IMC IMC 铜箔中的陷穴 导致了气泡的生成 IPC 7095B对锡球的描述 TypeA Void s withintheball packagelevel asreceived TypeB Void s attheball packagesubstrateinterfaceasreceived TypeC Void s withintheballafterboardlevelassemblyprocess TypeD Void s attheball packagesubstrateinterfaceafterboardlevelassemblyprocess TypeE Void s attheball boardsubstrateinterfaceafterboardlevelassemblyprocess VoidsclassificationinIPC 7095B Macrovoidsarethemostwidelyoccurringvoidsinsolderjoints Thesearecausedbyvolatilecompoundsthatevolveduringthesolderingprocesses Thesemacrovoidsgenerallydonotaffectthesolderjointreliabilityunlesstheyarepresentatinterfacialregionsinthesolderjointswherecrackstypicallypropagate Macrovoids是最常在锡球中广泛出现的Void 导因是挥发性的成分在焊接过程中释出的气体 这类的Void并不会影响锡球的可靠度 除非是在出现在交界面上的Void 因为这类的Void通常会使裂痕增长PlanarMicrovoidsareaseriesofsmallvoids inrelativelythesameplane locatedattheinterfacebetweenthePCBLandsandthesolder ThesearecausedbycoppercavesunderImAg surface finishcoatedlands Theydonotaffectinitialproductquality butcanaffectlongtermsolderjointreliability PlanarMicrovoids是位在同一平面的一系列小气泡 且通常座落在PCB面与Solder之间 这通常来自于化银板表面处理上的铜的孔洞 虽然不会影响初期的产品质量但是却会对solder的寿命产生影响 化银板容易有微气泡 ShrinkageVoidsarecausedbytheshrinkageduringsolidification mostlyforSACandotherlead freesolders Theydonotgenerallyappearnearthesolder to PCBlandinterfaceanddonotimpairthesolderjointreliability ShrinkageVoids导因于固化过程的收缩 常出现于Sn Ag Cu等无铅锡球上 这些Void不会出现在锡球跟PCB的接面上 且不会损害锡球的可靠度 VoidsclassificationinIPC 7095B MicroviaVoidsarecausedbythepresenceofmicroviasdesignedinthePCBlands LargeMicroviaVoids iflocatedinsolderjointsinhighstressareasofapackage canimpactsolderjointreliability MicroviaVoids是因为将微盲孔的设计应用在PCB板上所造成的 大型的微盲孔 如果位置是在芯片高应力区的锡球中 将会冲击到锡球的可靠度IMCMicrovoidsoccurwithintheIntermetallicCompound IMC formedbetweencopperandhightinsolders includingSACandtin leadsolders TheseIMCMicrovoidsdonotformimmediatelyafterthesolderingprocess butafteragingathightemperaturesorduringtemperaturecyclingofthesolderjoints Thetruerootcauseisstillunderinvestigation butaKirkendallvoidingmechanismmayplayapart Thesevoidscanaffectsolderjointreliability particularlyininstanceswhenbrittlefractureisinitiatedwithintheIMCduringdropormechanicalshocktothesolderjoint IMCMicrovoids通常发生在含锡量高的锡球中的IMC层内锡球与铜之间 包括Sn Ag Cu跟锡 铅类的锡球 这类IMC中的Microvoids不会在焊接过程中立刻出现 但是会因为高温老化或是高温循环而出现 真正的根源仍在调查中 但是Kirkendall微孔形成机制可能在其中扮演了一部分的角色 这些Void会影响锡球的可靠度 举个特别的例子来说 这些Void会在IMC层中成为摔落或冲击测试时粒子破裂的起始点 PinholeVoidsarecausedbypinholesinthecopperlandsofthePCB Withsufficientquantity theycanaffectsolderjointreliabilityPinholeVoids是因为PCB板铜面上的针状凸点或凹陷造成 如果数量够多的话 会影响到锡球的可靠度 VoidsclassificationinIPC 7095B Whenthereismorethanonevoidpersolderball thedimensionsofthevoidswillbeaddedtocalculatethetotalvoidinginthatsolderball 如果锡球中的气泡多于一个 则气泡尺寸的计算必须根据所有气泡的尺寸来加总 Inregardtovoidsandthepercentageofvoidswithintheball locationofthevoidsisofgreaterconcern Thereisnoevidenceorempiricaldatathatindicatesthatvoidswithintheballwillcausefailure Voidsattheinterfacebetweentheball and packagesubstrateaswellasvoidsattheinterfacebetweentheballandthePCBwillbemorelikelytocontributetosolderjointcracking Thisisbecausecracks iftheyoccur willtypicallyoccurattheinterfaceandthevoidorvoidscanprovide intime apathtoacceleratethecrackingcondition 相对于对Void本体及Void在锡球中的大小 Void的Location才是比较需要在意的 目前并没有证据或是经验值可以指出在锡球内的气泡会导致失效发生 但是生成在芯片封装底层跟锡球间与锡球跟PCB板之间的Voids比较可能使得锡球破裂 这是因为裂痕 如果有的话 通常会出现在接口层或是气泡上 亦或是由气泡提供了一个可以使破裂情况加速的途径 IntelJGFabBSocketHX section ShrinkageVoids IntelJGFabBSocketHX section PCHD P PlanarMicrovoids ComparisonbetweenDifferentSuppliers FabA EllingtonBTHC9350000E 在FabA 不同的Vendor所呈现的气泡模式中 即可发现BTC与E E不同 但也都出现在最具威胁性的IMC层上 ComparisonbetweenDifferentSuppliers FabB 在FabB时 E E的气泡有了大幅度的改善 但是BTC的问题反而更加突显了出来 ComparisonbetweenDifferentSuppliers FabC 在FabC时 E E跟BTC的气泡问题 都获得了很大的改善 BTCBTJG9490001N E EBTJG9490001V E EBTJG9490003N Intelobservedplanarmicrovoidsin2005 Intel在2005年就已经在化银板上发现了一样的现象 并且对形成机制做了研究 Intelobservedplanarmicrovoidsin2005 Intel认为这类型的Void将会对可靠度造成影响 Conclusions 制程改变已可以改善气泡问题 特别是在E E的板子上 在FabB时IMC层就已经见不到气泡 主因是气泡有足够的时间