PCBA R0402電阻氣泡工藝改善研究

高海林

（天馬微電子股份有限公司，518118）

PCBA R0402電阻氣泡工藝改善研究

高海林

（天馬微電子股份有限公司，518118）

簡述PCBA電子裝聯(lián)回流焊接工藝過程中RO402電阻氣泡（void）產(chǎn)生的機(jī)理，敘述了氣泡產(chǎn)生的一些原因，以及為了預(yù)防和減少氣泡應(yīng)當(dāng)采取的措施。文章對出現(xiàn)氣泡后如何進(jìn)行分析、改善提供了方法上的建議和參考。

R0402電阻；氣泡（void）

0 前言

電子裝聯(lián)工藝中元器件與PCB板間良好焊錫的作用,提供良好的電性能導(dǎo)通，提供良好的焊接強(qiáng)度，也提供良好的散熱基礎(chǔ)。對于BGA類元件，焊錫中過多的氣泡會影響良好的電性能導(dǎo)通；而對于散熱焊盤類QFN、功放元件，氣泡過多會在使用過程中使得散熱差導(dǎo)致元器件燒毀。所以，電子產(chǎn)品焊接過程中的氣泡，人們更多關(guān)注是BGA類元件底部焊錫球中的氣泡，QFN、功放類元件底部接地焊盤焊錫中的氣泡。并且IPC類標(biāo)準(zhǔn)也更多是針對性地對上述元件氣泡作了詳細(xì)的說明。在很多消費(fèi)類、通訊類、車載類、工控類產(chǎn)品上，R0402電阻氣泡同樣存在，只是因為產(chǎn)品類別的用途，大家關(guān)注較少，沒做深入的工藝研究。而在國外重要工控類中的電氣設(shè)備生產(chǎn)商，考慮其產(chǎn)品的綜合可靠性，對電阻甚至是R0402電阻也提出氣泡的管控，并且要通過3000H的高溫高濕試驗。這就要求接觸此類產(chǎn)品的工藝人員針對R0402電阻氣泡的解決提出新的更高的技能要求。

1 R0402電阻氣泡產(chǎn)生的機(jī)理

1.1 現(xiàn)象描述: 電氣產(chǎn)品R0402電阻回流焊接后，氣泡主要集中在焊接端子下方焊盤區(qū)域（見圖1）。

（圖1）

經(jīng)過X-RAY檢查，R0402電阻氣泡現(xiàn)象及占比（見圖2），僅符合IPC-A-610E中標(biāo)準(zhǔn), 單個大氣泡直徑在50%；小氣泡總面積在25%；而客戶要求電阻氣泡標(biāo)準(zhǔn): 單個最大氣泡直徑不超過35%，焊接端子下方焊盤小氣泡總面積不超過12.25%，即R0402電阻氣泡要參考IPC-7095B BGA氣泡的二級標(biāo)準(zhǔn)。

（圖2）

1.2 改善方向研究。當(dāng)然，從“人機(jī)料法環(huán)”綜合因素考慮，氣泡產(chǎn)生的原因很多。而在實際生產(chǎn)中，大家對“人機(jī)料環(huán)”的改善不是無能為力就是周期太長，改善成果有限。本文更多是從“法”即工藝方法著手分析研究解決問題，這也是眾多從業(yè)者最有效最快捷的途徑。

1.3 工藝方法R0402電阻氣泡產(chǎn)生機(jī)理。《PCBA焊接工藝解析高階篇》對于通用性元器件的氣泡做了研究分析，在此基礎(chǔ)上，我們針對性地對R0402電阻氣泡做專門研究。在電阻氣泡在焊接不同階段的表現(xiàn)（見圖3，參考CHIP料焊接過程），分析R0402電阻產(chǎn)生的機(jī)理，主要集中在“印錫和貼裝效果、貼片機(jī)貼裝高度、爐溫曲線的恒溫時長”方面。

（圖3）

2 R0402電阻氣泡的改善

2.1 從“印錫和貼裝效果”方面分析研究

2.1.1 原理及現(xiàn)象：

（1）氣泡集中在電阻焊接端子正下方（見圖1）；

（2）氣泡集中在電阻焊接端子與錫膏接觸面積大的一側(cè)；（見圖4）

（圖4）

（3）電阻焊接端子與錫膏接觸部分存在助焊劑液泡； （見圖5）

（圖5）

2.1.2 分析研究：

（1） 產(chǎn)生氣泡直接原因為焊接端子下方存在助焊劑液泡；

（2）助焊劑液泡在焊接過程中未揮發(fā)完全；

（3）接觸面積越大，焊接端子下方錫膏越多，助焊劑液泡越?jīng)]有空間逸出，形成氣泡的可能性也越大；

電容、R0805及以上電阻與R0402電阻相比，焊接端子較高，下方的錫膏在焊接熔融時，助焊劑液泡有更多的空間揮發(fā)出去，這也是電容、R0805及以上電阻焊接端子下方?jīng)]有氣泡或是氣泡較少的原因。

3 改善措施

（1）鋼網(wǎng)印錫開口內(nèi)距外擴(kuò)（見圖6），使電阻焊接端子下方少沾錫, 錫膏在焊接熔融時，助焊劑液泡有更多的空間揮發(fā)出去或降低助焊劑液泡量；

（圖6）

（圖8）

（圖9）

（2）鋼網(wǎng)開口形狀方式（見圖7），使電阻焊接端子下方少沾錫，錫膏在焊接熔融時，助焊劑液泡有更多的空間揮發(fā)出去或降低助焊劑液泡量。試驗T形開口最優(yōu)，且要控制T字形的長寬為原焊盤的1/3，鋼網(wǎng)外擴(kuò)來彌補(bǔ)T字形缺口的錫量。

（圖7）

（3）鋼網(wǎng)開孔的厚度,直接決定了錫膏的厚度。常用的0.12mm和0.10mm鋼網(wǎng),都會有氣泡的現(xiàn)象，只不過是0.10mm的鋼網(wǎng)對氣泡改善效果明顯“直徑小，數(shù)量也少”，但是不能杜絕。這是從業(yè)者具備的常識，具體說明就不在此再述。

綜合改善措施a,b, c,從鋼網(wǎng)設(shè)計上的標(biāo)準(zhǔn)化:鋼網(wǎng)厚度0.10mm,RO402電阻焊盤開T形開口，同時內(nèi)距增加0.20mm。

2.2 從“爐溫曲線恒溫時長”方面分析研究

1原理及現(xiàn)象：氣泡在回流焊接過程中主要在恒溫區(qū)逸出，即（150-200℃）溫度區(qū)間；

2分析研究：理論上延長恒溫區(qū)時長對氣泡問題的有一定改善效果。

3改善措施：改善前爐溫曲線恒溫區(qū)平均時長為80（s見圖8）,

優(yōu)化后爐溫曲線恒溫區(qū)平均時長達(dá)到125（s見圖9）

試驗結(jié)果顯示：采用改善后的爐溫曲線使電阻下方的氣泡細(xì)化，大氣泡明顯數(shù)量降低，R0603及以上電阻氣泡得到明顯改善。

從爐溫曲線恒溫時長的標(biāo)準(zhǔn)化：延長恒溫時長至90-100s,參考所用錫膏恒溫時長推薦值的上限。

2.3 從“貼片機(jī)貼裝高度”方面分析研究，

2.3.1 原理及現(xiàn)象：前期所述改善動作對大氣泡有一定改善，但還存在零散的小氣泡，尤其是R0402電阻（即改善不徹底）；

2.3.2 分析研究：貼片機(jī)貼裝高度反映電阻對錫膏的擠壓程度，理論分析表明降低對錫膏的擠壓，有利于減少助焊劑液泡的形成，提高已形成液泡的有效揮發(fā)；

2.3.3 改善措施：貼狀高度擠壓錫膏過多，氣泡不易揮發(fā)逸出。但倘若不擠壓錫膏，元件沒有被錫膏粘住反而會造成其它不良。經(jīng)DOE試驗數(shù)據(jù)，以接觸錫膏的臨界點下壓0.10mm為最優(yōu)值。試驗結(jié)果顯示：貼片機(jī)貼裝高度的優(yōu)化對電阻氣泡的改善明顯，包括R0402電阻，較完美的解決了電阻氣泡問題。

從貼裝高度的標(biāo)準(zhǔn)化：管控貼裝高度，以R0402電阻接觸錫膏的臨界點下壓0.10mm為最優(yōu)值。

3 R0402電阻氣泡綜合措施改善效果確認(rèn)

3.1 通過前三項改善，對R0402電阻進(jìn)行X-ray效果驗證（見圖10,11），大氣泡和小氣泡改善明顯。

（圖10）

（圖11）

3.2 通過客戶要求的電氣產(chǎn)品3000H高溫高濕驗證,結(jié)果正常:電性能導(dǎo)通和散熱正常,焊接強(qiáng)度正常。

4 結(jié)束語

產(chǎn)生氣泡的原因很多，我司在改善RO402電阻氣泡方面首先在設(shè)計上對鋼網(wǎng)進(jìn)行防呆設(shè)計預(yù)防，在生產(chǎn)過程中對工藝參數(shù)（印錫和貼裝效果、貼片機(jī)貼裝高度、爐溫曲線的恒溫時長）管控。有效避開比較難推動的措施，譬如“更換低助焊劑成份的錫膏，說服客戶接受現(xiàn)行IPC-A-610E[1]標(biāo)準(zhǔn)”，而是側(cè)重于從工藝方法著手分析研究并解決問題，這也是眾多從業(yè)者最有效最快捷的途徑。

實際情況證明改善效果比較好，最終達(dá)到IPC-7095B[2] BGA氣泡的三極標(biāo)準(zhǔn)，超過客戶的預(yù)期。借此機(jī)會，將一些有價值的工藝改善方向和方法分享出來，也希望對氣泡改善有經(jīng)驗的同行一起交流和學(xué)習(xí)，并對本文的不足之處加以指出。

[1] IPC-A-610E 電子組件的可接受性，2010年4月,IPC開發(fā)

[2] IPC-7095B BGA的設(shè)計及組裝工藝的實施

[3] 《PCBA焊接工藝解析高階篇》 薛廣輝

Study on the process improvement of R0402 PCBA resistance bubble

Gao Hailin
(Tianma microelectronics Limited by Share Ltd，518118)

This paper briefly introduces the mechanism of PCBA resistance RO402 (void) in the process of the reflow soldering process,and describes the reasons of the bubble,and the measures to prevent and reduce the bubbles.This article will provide a reference for the analysis and improvement of the bubble.

R0402 resistance;bubble (void)