文章类型：SMT
编
者
按
QFN你肯定听过，BTC你听过没？
BGA空洞你肯定烦恼过，中间大接地焊盘空洞你烦过没？好吧，看完并理解下文起码是半个老司机了。
概
述
BTC（Bottom Termination Component）封装具有很多优点：外形轮廓小，焊盘分布接近芯片尺寸；周边引脚布线方便；低阻抗；散热性能优良；重量轻；低成本。所以这种类型封装在电子产品中的应用越来越广泛。
但是，这些应用上的优势也给SMT组装带来了巨大挑战。正是由于小的外形轮廓尺寸、大的散热焊盘而且扁平焊接端子位于元件底部，焊接完成后，Standoff（元件本体底部与PCB表面之间的距离）低，这些因素导致回流焊接时产生的废气不能彻底排除出去，残留在焊点中形成气孔效应。气孔在BTC元件的SMT组装过程中是无法避免的。
BTC焊点中的气孔在IPC-A-610中没有明确定义接受标准。IPC-7093建议参照BGA锡球的气孔接受标准。但考虑其结构工艺特性，也明确指出需要制造商和客户共同商讨确定。
气孔的存在将降低散热功能、弱化焊点连接强度，从而影响到产品的可靠性。现在我们就从一个实际案例出发，通过一系列实验找出改善BTC焊点气孔的有效方法。
案例分析
在某产品SMT焊接组装过程中，在X-Ray检测中发现：LGA及其它BTC封装元件的底部焊盘气孔超标，达到焊点面积的31%，如下图。
原因分析：BTC封装元件气孔产生的根本原因主要是由于元件和PCB焊盘与锡膏的全覆盖接触，另一方面这类元件Standoff（元件本体底部与PCB表面之间的距离）低，这两个因素都不利于焊接过程中产生的废气排出，这些废气包裹在焊点内就形成了大家所见到的气孔。
方案设计
从PCB设计和SMT工艺两个方面进行实验优化，减少气孔的发生或减小气孔的尺寸。
一、设计方面：主要考虑PCB焊盘表面处理方式（如OSP, I-Ag, ENIG）和焊盘设计方式（如SMD&NSMD）
二、工艺方面：主要考虑钢网厚度、回流温度曲线、回流气氛、预制锡块或预上锡处理及钢网的开孔设计等。
实验过程
一、设计方面：焊盘设计采用SMD（Solder Mask Defined）和NSMD（Non Solder Mask Defined）两种方式；表面处理采用常用的OSP、ENIG和I-Ag三种形式。将这几种PCB按照正常生产流程进行焊接组装，对BTC元件的气孔数量和尺寸进行统计对比。
PCB焊盘的设计方式SMD和NSMD对气孔尺寸和分布影响不明显；
不同的焊盘表面处理方式如OSP、ENIG、I-Ag，相互间气孔尺寸和数量没有明显的差异。
二、工艺方面
1）选择5mils、6 mils、8 mils、10 mils四种尺寸厚度的钢网进行实验，开孔尺寸相同。
钢网厚度不同，回流后气孔尺寸差异较大。钢网厚度大，气孔尺寸减小。钢网厚度增加，沉积到焊盘上的锡膏体积也增加，增加的锡膏量转换为元件Standoff增加，有利于挥发性物质的排出。
2）回流温度曲线Reflow Profile （低，高），设计两个回流温度曲线，一高一低，峰值温度和浸润时间都有明显的差异（如下图）。
尽管峰值温度，浸润时间都有较大的差异，但回流后样品之间的气孔大小和分布没有明显的差异（如下图）。
3）回流气氛，采用相同Profile，不同的回流气氛（空气和氮气），气孔尺寸大小和分布没有明显的差异（如下图）。
4）在原钢网开孔中间保留保留0.15mm的隔断（如下图）。正常回流生产，统计BTC元件焊点的气孔数量和尺寸。
X-Ray检查结果对比如下图：
采用中间架桥的开孔方式，可以有效地减少气孔数量和气孔尺寸，利用修改后的钢网生产，回流后BTC元件焊点中的气孔最大尺寸13.6%，小于IPC-A-610F中BGA最大30%的气孔要求，满足IPC标准和客户要求。
5）预制锡块和预上锡处理：将预制锡块像片式元件一样贴放在散热焊盘的锡膏上，再正常贴放元件在其上面；对BTC元件焊盘进行上锡处理，然后包装进行正常生产（如下图）。
对采用预制锡块和预上锡处理的实验板进行回流焊接，利用X-Ray检查统计BTC元件焊点的气孔尺寸和数量，统计结果如下图。
从上面的实验结果可以看出，预制锡块和预上锡都可以有效地减少气孔尺寸及数量，满足IPC标准和客户要求。
总结&结论
一、BTC封装回流焊接后，气孔是不可避免的，这是由于元件焊接端子扁平，位于封装底部，贴装后近似于封闭状态，而且Standoff低，这几个因素阻碍了锡膏回流时产生的废气排出。
二、回流参数（回流峰值温度高低、浸润时间、回流时间长短）对气孔的大小和数量没有明显的改善。
三、氮气回流和普通空气回流，在气孔的尺寸和数量方面没有明显的差异，这进一步说明了气孔的产生不是因为外在因素（氧化）而是内在因素。
四、SMD及NSMD的焊盘设计方式在气孔的数量和尺寸方面的表现没有明显的差异。
五、PCB焊盘的表面处理方式对气孔的数量和尺寸大小没有明显的影响。
六、焊盘沉积的锡膏量多，Standoff值大，气孔有所改善，但考虑其它细间距元件，较难实施。
七、优化钢网开孔设计，采用中间架桥的开孔方式，有利于回流时产生的废气释放出来，降低了气孔的数量和尺寸大小。
八、采用预制锡块和元件焊盘预上锡处理也有利于减少气孔的数量和尺寸，这说明了大Standoff值有利于废气的排出。
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