導(dǎo)致BGA和PCB的翹曲的因素及解決辦法

在加熱和隨后的冷卻循環(huán)進(jìn)行過程中，BGA封裝或PCB都可能發(fā)生翹曲。這種情況會使封裝成為中央低兩邊翹起的弓形。在X光檢查中發(fā)現(xiàn)的橋連表示加熱-冷卻循環(huán)把角向上或向下推，或者導(dǎo)致開路，可以在內(nèi)窺鏡檢查或目視檢查中發(fā)現(xiàn)這些問題。如果PCB發(fā)生翹曲，就可能在其他的各個元件區(qū)域上造成開路或短路。

導(dǎo)致這些問題的原因

BGA和PCB的翹曲問題是各種封裝元件的材料之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）不相匹配造成的，例如基板、硅芯片、EMC的封裝材料。在放置和移動時，溫度升高的速率會影響整個元件的溫度均勻分布，所以升溫速率和翹曲的大小有間接的關(guān)系（圖1）。

圖1：由BGA翹曲造成的開路。

而且，在其他條件相同時，封裝越大，發(fā)生翹曲現(xiàn)象的可能性就越大。當(dāng)然，返工加熱方式的類型（熱風(fēng)返工系統(tǒng)、紅外加熱（IR）、熱風(fēng)回流爐、汽相爐等）對翹曲也會有影響。使用低CTE導(dǎo)熱材料，可以是定制CTE，部分或完全消除此問題。

一些使用塑料外殼的球柵陣列（PBGA）包含熱擴(kuò)散器，它會造成BGA封裝頂部的膨脹速率比底部的更快；這種塑料膨脹會把BGA的角向下拉。BGA中的水分也可能會導(dǎo)致翹曲，因為組件要在中間擴(kuò)散。在這些情況下，BGA的角可能會向上卷曲。

通過一系列的實驗設(shè)計，你可以確認(rèn)哪個部分（BGA或PCB）正在翹曲。實驗通過隔離做拉和推的表面，有助于確定如何解決這個問題。

如何減少翹曲

當(dāng)BGA發(fā)生翹曲時，BGA的角會發(fā)生最大的位移，這可能會導(dǎo)致出現(xiàn)大量的開路和橋連。與此類似，電路板可能向上或向下彎曲，把焊錫膏向內(nèi)推，造成橋連或開路。這些情況要通過肉眼檢查或X光檢查來發(fā)現(xiàn)。

盡可能減小翹曲的方法之一是放慢加熱和冷卻過程。在預(yù)熱過程中溫度斜升，在冷卻過程中溫度下降。當(dāng)然，現(xiàn)在你不想在冷卻時讓溫度下降的速度太慢，這是因為你不想因此產(chǎn)生粗粒度的結(jié)構(gòu)。在電子制造業(yè)中，需要做出適當(dāng)?shù)娜∩帷?/p>

控制濕度敏感器件（MSD），包括電路板和元件，是減少翹曲影響的另一種方法。針對濕度處理的J-STD-0033和JEDEC指南是正確處理MSD的最佳參考指南。如果它們的翹曲和吸收濕汽有關(guān)，預(yù)先烘烤電路板和元件，然后把它們放在干燥的環(huán)境中保持干燥，就可減輕翹曲問題。限制暴露時間和了解電路板和元件的MSD水平也會對減輕和吸濕有關(guān)的翹曲起很大作用。

通過使用按配方生產(chǎn)的焊錫膏可以減少枕頭效應(yīng)，而且可以和適當(dāng)?shù)暮稿a膏搭配使用，這樣也能夠限制焊錫球翹曲的影響（圖2）。

圖2：枕頭效應(yīng)缺陷。

通過適當(dāng)設(shè)計涂布在每個焊盤位置的焊錫膏的體積，可以有效地限制一些和PCB及器件翹曲有關(guān)的問題。在一些例子中，印刷時過渡焊盤，而在另一些例子中，印刷時減少焊盤錫膏體積，這可能可以補(bǔ)償翹曲的影響。例如，BGA向內(nèi)彎向PCB時，可能出現(xiàn)明顯的短路。在這些區(qū)域，可能要盡可能減少印刷的焊錫膏體積。相反，在翹曲的BGA彎“離”電路板的區(qū)域，印刷比較大的焊錫膏體積也許是最好的解決方案。

如果電路板翹曲（用IPC-TM-650 2.4.22的測試方法測量弓形和扭曲），那么，你可能需要使用其他的方法來減少器件或電路板翹曲的影響（圖3）。除了前面提到的方法之外，你可能需要重新設(shè)計電路板來確保電路板中銅的分布更加均勻。電路板熱質(zhì)量?。淬~含量比較低）的區(qū)域和熱質(zhì)量比較大的區(qū)域的加熱速度是不一樣的。此外，非常薄的電路板（0.020英寸）可能需要改用比較厚的電路板。最后，在建造電路板或器件時，可能需要使用熱膨脹系數(shù)非常接近的相互匹配的不同材料。

圖3：有陰暗區(qū)域的莫爾條紋。

編輯：hfy