微连接课件-第4章焊点缺陷.ppt

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1、微电子封装与组装焊点的可靠性与测试材料成型与控制系1第四章影响连接焊点可靠性的缺陷21.影响可靠性的二级互连焊焊点缺陷1）墓碑现象(Tombstone)及元件歪斜墓碑现象和元件倾斜3发生情况：主要出现于重量较轻的片式无源元件，墓碑现象：再流焊中片式元件经常出现立起的现象，称之为立碑，又称之为吊桥。4发生原因：元件两端出现非同步润湿。先润湿的一端在焊料界面张力的作用下克服元件自身重力而将元件牵引抬起。元件两端焊接面的物理状态出现差异，如受热不均或两端锡膏不均等导致一端的锡膏先熔化、元件两端焊盘的可焊性差异等------非同步润湿无铅钎料更易立碑----因为其有更高的界

2、面张力；氮气保护将增大焊料/元件焊接端的界面张力元件两端润湿力不平衡：两端锡膏不均等5解决办法：控制非同步润湿及润湿力不平衡调整不合理的焊盘设计与布局避免一侧焊盘面积过大和PCB表面温差过大改善锡膏活性与印刷锡膏活性不高或元件可焊性差，锡膏熔化后表面张力不同---焊盘润湿力不平衡；锡膏印刷量不均匀，多的一边会因锡膏吸热量增多，熔化时间滞后----非同步润湿。调整贴片参数贴片压力不均匀------元件浸入到锡膏中的深浅不一,锡膏外露量不同-----元件的遮蔽效应不同------非同步润湿；贴片精度不高、元件移位直接导致立碑发生。6调整炉温曲线通常最少应测量三个点：1)焊

3、点温度2)PCB表面温度3)元件表面温度。72)桥连缺陷（Solderbridge）桥连----焊后相邻焊点通过钎料连接在一起，导致短路，波峰焊中最为常见。8波峰焊桥连发生原因：元器件引脚排列方向做到与波峰焊时的传送带运动方向一致。如垂直，易形成大量焊点桥连。焊接温度低，焊料流动性差；助焊剂活性不足，一般增加助焊剂活性有助于减少桥连缺陷；焊盘间距过小，焊盘内径与引线外径比值过大等；元器件引线伸出过长，引脚间多余焊料不易流出；9Sn-0.7Cu波峰焊的更大比例的桥连现象Sn0.7Cu波峰焊产生桥连原因示意图Ni在Sn0.7Cu无铅钎料波峰焊中降低桥连发生率的作用机理10

4、锡膏粘度低，预热时焊料漫流到焊盘外；锡膏印刷量偏多；印刷精度差，印到焊盘外；元器件贴放压力过大，锡膏受压后漫流到焊盘外；预热升温过快，助焊剂中溶剂来不及挥发，焊料飞溅。再流焊桥连发生原因：113)虚焊/（开路）虚焊：钎料和基体金属的界面处没有形成适量的合金层,就可定义为虚焊。在显微组织上虚焊的界面主要是氧化层，而不是铜锡化合物薄层。缺陷外观：焊点表面无光泽(失去钎料原有金属光泽和光滑度)或表面呈颗粒状。虚焊降低焊点机械强度、使导电性变得不良，导致焊后早期失效，早期返修率高。12a)钎焊温度低，钎料流动性差----界面原子扩散不充分，不能形成良好的IMC合金层；b)PC

5、B焊盘或元器件引线表面氧化、污染，表面自由能高，起隔离原子的作用；c)料槽温度过高，钎料表面氧化，或预热温度高引脚表面氧化----附着力减小；d)焊接时间过长---产生弱润湿，即IMC层大且厚，焊料对其润湿比对母材润湿更难；e)锡膏印刷不足f)引脚共面性差（QFP）；产生原因：134)锡珠(Solderbead)类缺陷容易与锡球类缺陷混淆-----二者的外观特征都是一个个独立于焊点之外的焊锡球，尺寸小---锡珠，尺寸大的为锡球。14(a)(b)(c)(d)锡珠缺陷形成机理(e)15当PCB离开焊料波峰时，由于表面张力的作用焊料最初是粘附在引脚表面镀层上（图a）；b)直

6、到重力分量增加到可以克服表面张力之后--焊料与元件引脚分离（图b）；c)回到锡槽中的焊料会激起一些液态焊料飞溅--犹如在水中投入一粒石子会激起水花一样（图c和d）；d)一些小的焊料颗粒最终附着在PCB表面，形成锡珠缺陷（图e）。16分布特征：白色或灰色的小颗粒---主要出现在插装元器件的引脚附近，而没有焊盘通孔的区域极少发现。氮气保护可能增加锡珠缺陷：氮气纯度高时，焊料表面几乎没有氧化物存在-----“石子”效应会更剧烈，激起更多的液态焊料颗粒飞溅成为锡珠。17解决方法关键在于PCB表面的阻焊膜(Soldermask)，应使阻焊膜与锡珠之间不能形成良好的附着。增加PC

7、B的表面粗糙度-----减小锡珠与印刷电路板表面的接触面积----利于锡珠回落到锡槽中去。185)锡球(Solderball)缺陷再流焊的锡球缺陷与锡珠相比，锡球的特点就是尺寸更大，----更多出现在回流焊中19极少在波峰焊中出现，--最可能的原因是PCB与焊料波峰接触时有大量气体挥发----导致大块液态焊料飞溅。20气体的来源：a）PCB中的潮气，可通过事前烘干来解决；产生原因：回流焊或波峰焊中存在气体导致焊料飞溅b）助焊剂中有未在预热阶段挥发完全的残余溶剂，这可以通过提高预热温度或增加预热时间来解决。216)焊点拉尖缺陷（Solderflag/S