在回流中,熔化的焊膏在板上沿著金屬線擴張。如果擴展性足夠,鄰近的焊點之間的縫隙將被橋連。焊膏帶之間的空隙從0.1mm到0.8mm之間不等。每個空隙之間最多可產生20個橋連。
方型扁平封裝——對于間距小于20mil的器件, 當開孔與焊盤的比率為1:1時, 會增大橋連的風險。 要降低風險,通常的做法是減少一定量的印刷面積。 將開孔面積減少10%,孔自然減小。然而,當印刷面積減少10%,焊盤暴露的風險也會提高。 雖然暴露焊盤不會損害可靠性,但它影響到組件的外觀。 如果錫鉛工藝中需要關注裸露的焊盤, 那么在無鉛工藝中則更需要關注。
為了量化開孔大小的影響,我們在每塊測試板上貼裝2個20mil間距的方形QFP。研究中I部分,QFP’s之一開孔與焊盤的比率為1:1,另一個減少了10%。 研究中部分II,開孔設置被定為1:1,減少5%和減少10%。 兩部分測試中都用到了5mil和6mil厚的金屬網片(分別為125和150μM)。總的來說, I部分進行了面積及網片厚度的四種組合的測試;II部分則進行了六種組合的測試。 測試板如圖3所示。
片式元件間錫珠(Mid-chip solder ball, MCSB)也是一個常見缺陷,很容易受到網板設計的影響。雖然形成片式元件間錫珠的因素很多——包括焊盤設計、阻焊膜形態(tài)、貼裝壓力、電極形狀和金屬化、焊盤最終處理和回流曲線——焊膏印刷圖形的尺寸和形狀,也正面或負面地影響到片式元件間錫珠的形成。
如果焊膏的相對體積較大,特別是在貼放元件的區(qū)域,貼裝時會把柔軟的焊膏擠出去。印刷到器件本體下面的焊膏,在回流時可能會被拉回到焊盤上,也有可能不會。 如果焊膏沒有被拉回,在其液態(tài)時由于毛細作用能夠轉移到元件的邊上,在冷卻后形成錫珠。圖4為典型的片式元件間錫珠。
采用錫鉛焊膏進行幾百次MCSB測試,其數據統計結果顯示,效果最差的網板設計是1:1焊盤開孔比例、矩形開孔、6mil網板厚度的組合。效果最好的情況是所謂的“本壘板” (homeplate) 型開孔,加上10% 的面積縮減,和5mil網板厚度。圖5表示矩形、本壘板形和反本壘板形開孔。而且,以往數據表明,采用均熱式溫度曲線的效果不如斜升式溫度曲線,因為焊膏會在達到液相線之前持續(xù)軟化并塌落 (熱坍塌)。
MCSB測試包括最佳和最差的網板設計。在I部分, 結合了每一種表面處理方式,焊膏型號及溫度曲線類型(斜升和均熱)。 每種元件貼裝300個:1206、0805、0603、0402。150個為垂直貼裝,150個為水平貼裝。 使用了IPC推薦的焊盤標準。研究中并未包括0201元件,因為許多適合于較大無源元件的原則不一定能夠適用于密間距微小元件的貼裝。作者認為應該單獨對0201進行更深層次的研究。
在第II部分,采用了三種新的開孔設計。如圖6所示,第一個是尖角倒圓的本壘板形,后兩個是帶有三個圓弧的反本壘板形。同樣,對300個與上面尺寸相同的元件進行組裝,兩種表面處理方式/網板厚度,以及兩種回流曲線。
立碑與MCSB一樣, 是SMT中另一個常見的缺陷,它們的形成有多種因素, 但也會受網板設計的影響。 立碑,也被稱作“吊橋現象”或“曼哈頓現象”(Manhattan effect)。當作用在一端的焊膏的表面張力大于另一端的表面張力時就會產生;不平均的力瞬間作用于器件造成抬起,站立,像打開的吊橋。影響立碑的設計因素包括焊盤形狀和熱容的不同。影響立碑的組裝因素包括焊膏印刷的位置精度,元件的貼裝精度,以及在回流焊中進入液相時的溫升斜率。 開孔設計與其他組裝因素互相影響,也會造成立碑。 如果元件沒有放在中心,它的一端會比另一端接觸更多的焊膏,由于焊膏熔化,這會導致元件兩端的張力差。 圖7為一典型的立碑缺陷。