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SMT贴片加工BGA焊盘下PCB次表层树脂开裂的原因

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随着产品转换到无铅工艺之后,单板在实行设备机械应力测试(如冲击、振动)时,焊盘下基材开裂形势明显增加,直接导致两类失效:smt贴片BGA焊盘与导线断裂和单板内两个存在电位差的导线“建立”起金属迁移通道,分别如图9-19和图9-20所示。

                                                        

(1)无铅焊料硬度变高,在既定的应变水平下,传递到PCB焊盘界面的应力更大。

(2)PCB从熔融焊料固化到室温的温差ΔT变大,导致PCB和元器件之间的X/Y平面的CTE更加不匹配,用途在焊点上的应力更大。

(3)高Tg板材(Tg>150℃)的脆性更大。

这三个“更大”,导致基材开裂现象增加。

某手机板发生PCB次表层树脂开裂,如图9-21所示。

                                                  

在其他因素固定的情况下,高TgFR4树脂比标准TgFR4树脂材料更容易发生焊盘剥离失效。因此,在无铅工艺中如果能够使用中TgFR4板材更好。

产品切换到无铅后,因为无铅焊点本身更刚性以及组装温度更高的原因,使得BGA焊点机械冲击测试主要的失效模式由有铅焊点的焊料开裂变为无铅焊点的BGA焊盘下PCB次表层树脂的开裂,有铅焊点与无铅焊点的耐应变情况如图9-22所示。

                                                       

高Tg与标准Tg板材焊盘剥离峰值拉力对比如图9-23所示。

                                                     

某企业无铅切换后,发生几起PCB次表层树脂开裂事件,说明无铅切换在使用大尺寸BGA方面有风险。

为避免PCB在无铅焊接时分层,要求提高Td提高Td,一般采用将普通FR-4用的极性很强、容易吸水的Dicy(双氰胺)固化剂换为不容易吸水的PN(酚醛树脂)固化剂并将含量由Dicy的5%增加到25%Wt的办法,但同时使得Z向的CTE变大增加。为了降低Z向的CTE,加入了20%的SiO2。其结果是在提高T的同时使得PCB刚性增加、韧性降低,或者说使得PCB变脆。

 

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