認識焊接虛焊開路 (NWO)的原因及解決方法

幾年前英特爾公司發現一缺陷並恰當地命名為虛焊開路 (NWO)。一些人將它稱為「懸空錫球」。它是種與凸塊元件相關的焊接缺陷，特別是由非常薄的有機基材製成的凸塊元件，像是英特爾的Haswell 和Ivy Bridge處理器。近期，我的同事Derrick Herron就在此撰寫過有關這類的缺陷。

虛焊開路 (NWO)就其本性非常地簡單。銲錫膏由鋼板印刷至典型地像是薄的FR4印刷電路板。凸塊元件與其他的表面黏著技術元件一起被配置，組件接著送去迴焊爐使表面黏著技術元件焊接至印刷電路板上。由於用於組成凸塊元件的薄基材性質，常常數個矽晶片非對稱性地配置在有機基材的表面，而使得凸塊元件從一開始就有一定程度的翹曲。此外，由於成凸塊元件薄基材的性質加上數個非對稱性配置的矽晶片且通常是非常薄的印刷電路板，在迴焊循環中會同時在凸塊元件和印刷電路板產生相當程度的翹曲。當凸塊元件的角落和邊界自印刷電路板表面翹開時，銲錫膏會鍍在凸塊的周圍並從散熱墊脫離。在分離的過程中，銲錫膏回流並與元件上的焊料凸塊結合。銲錫膏從未成功地潤濕至散熱墊上，因此產生了虛焊開路 (NWO)。

這種現象普遍地發生在鍍有機保焊劑(OSP)的銅墊上。在其他的散熱墊處理像是化鎳浸金(ENIG)、浸鍍鍚和浸鍍銀也會發生但很少。這是因為鍍在散熱墊上的有機保焊劑(OSP)是有機且非金屬。銲錫膏會優先附著並潤濕在金屬表面像是元件上的焊料凸塊而非有機鍍層。

設計用於減少虛焊開路 (NWO) 的銲錫膏具有助焊劑的化學性，可吃穿有機保焊劑鍍層而使得焊料合金顆粒的錫可擴散至銅並開始與其鍵結，而保持在散熱墊上而不會因為元件翹曲時脫離。但也可能會因此產生另一種缺陷，稱為雙球效應 (HIP)，當元件向上翹曲脫離時，鍍在印刷電路板上的銲錫膏保持在散熱墊上而凸塊自其分離。一般而言，這可以輕易地藉由增大開孔尺寸而產生較大的錫銲膏改善。