電路板的表面處理
一、結(jié)構(gòu)與材料
(一)、現(xiàn)行P-BGA各式封裝已日趨複雜
但其球距與球徑尚仍按JEDEC之規(guī)定,球徑與球距之關(guān)系見下表。至于載板植球之焊墊系採SMD綠漆設(shè)限方式、而下游PCB板面之組裝,則可採焊接強(qiáng)度較好的NSMD做法。
圖1、此為手機(jī)所用CSP
(二)、通常PCB面上的球墊(Pad,為NSMD者)要比球徑縮小2 5%
密距者只能小到2 0%。焊溫中的垮球會(huì)使直徑變大約3 6%,此種矮化還可補(bǔ)償共面性之不足。但卻會(huì)將球腳之空間距離拉近,一旦球腳中空洞太大時(shí),還可能造成彼此相接的短路。
圖2、圖為FC封裝的簡示過程
圖3、圖為BGA在PCB板面完成組裝后其球腳的示意圖
(三)、膠封P-BGA外形之大小
可從4mmX4mm—路增大到50mmX 50mm ,甚至還有長方型的商品,密距者外形多在21mmX21mm以下。電腦主機(jī)板上常見者(如CPU、北橋與南橋等三顆)其尺寸分別為35 X 35或27 X27 。手執(zhí)電子品記憶體BGA多為迭晶式封裝, 甚至折迭式或T-BGA等又小又薄之特殊產(chǎn)品。
圖4、左圖為傳統(tǒng)式單層銅的早先載板,右圖為傳統(tǒng)雙層銅式之入內(nèi)載板。
圖5、此為疊晶封裝之兩種型式
圖6、此為體冗之迭晶情形
圖7、此為新式增層法之載板結(jié)構(gòu)
(四)、各式P-BGA所用載版之板材以BT為主
T-BGA另以PI板材為主,主要考慮為耐熱性、電性,硬挺性、吸水性等,見下表。
二、表面處理
(一)、有機(jī)載板也屬PCB的一種
其各種表面處理與電路板做法完全相同,常見者,其中需頂面打線者,只有電鍍鎳與金一種。目前已有人嚐試頂面仍維持電鍍鎳金,但底面卻試想改為OSP,以加強(qiáng)無鉛焊接的可靠度。現(xiàn)行SF有下列6種。
(二)、載板之電鍍鎳金是兼顧封裝及組裝之雙重目的
現(xiàn)行之電鍍鎳與電鍍軟金。就其腹底于氮?dú)庵兄睬蚨裕ǔF溴兘饘佣硷@得太厚,以致后續(xù)經(jīng)常發(fā)生"金脆"式的銲點(diǎn)斷裂。 一般銲點(diǎn)中的金含量只要超出塡錫體重量比之3%時(shí),就容易發(fā)生此種斷裂。注意黃金的比重是19.3 ,小焊墊或獨(dú)立區(qū)稍厚的金層,很容易就會(huì)超過3%的危險(xiǎn)指標(biāo)。目前已有載板業(yè)者希望將腹底球墊改為OSP處理,讓后續(xù)載板自PCB上斷頸掉頭的機(jī)率降低,但雙面不同處理自必會(huì)成本上升。
圖8、通常打線式的BGA或CSP,其表面處理一定是電鍍鎳與電鍍金,
金層較厚對打線當(dāng)然有利,但對焊接強(qiáng)度卻非常不好。
此三圖均為編者所製作,
可以清楚看出銲點(diǎn)只是暫時(shí)生長在金面上,并未與鎳層做Ni3Sn4的牢固結(jié)合。
(三)、現(xiàn)行第五代OSP應(yīng)可耐得住三次焊接
但吸水后其耐熱性質(zhì)將變差,助焊劑未涂佈處當(dāng)然無法焊滿,且OSP皮膜一旦接觸到醇類時(shí)亦將被洗掉,下游業(yè)者必須要小心。
圖9、此為OSP表面處理焊接中遭到助焊劑的驅(qū)逐而讓棵銅面被迅速焊牢的過程。
(四)、化鎳浸金
自1995年從HP公司揭發(fā)黑墊的論文以來,其于各種焊接的場合不斷出現(xiàn)黑墊之脫落情形,至今仍無太好的對策。是故建議各種焊墊表面處理最好不要使用ENIG,即使必須要用到時(shí),其EN槽液也不宜超過四個(gè)MTO或改用高磷者,且金層厚度不宜超過3 μm。但做為觸接與打線而言,ENIG仍為良好的選擇。下四圖即為黑墊的說明。
圖10、左上圖為良好表面形貌的放大圖,右上為不良化鎳在其晶粒間疆界處已發(fā)生黑墊的病癥。
右下圖為已發(fā)生黑墊不良ENIG層之剖面放大畫面。
當(dāng)鎳面在進(jìn)行置換式浸鍍金時(shí),金水會(huì)沿著疆界而刺入深處并加寬疆界而在后續(xù)應(yīng)用中更形惡化。