[讨论]SMD与NSMD焊盘设计哪种炉后焊接气泡更小 [复制链接]

SMD与NSMD两种不同方式的焊盘设计对于BGA焊点过炉后的气泡情况，哪一种会更好呢？从网上查的资料都说是NSMD设计的更有利于焊接时气体的排出，但是在耿明老师编著的《电子组装的可制造性设计》一书中明确提出“在无铅焊接中，SMD焊盘有利于气体的排出，可减少空洞现象”，然而在我们实际生产过程中，一个BGA焊盘既有SMD设计，又有NSMD设计，NSMD焊接后气泡确实是小一点，这就很困惑了。
我们现有的一款产品，0.4间距的BGA，焊盘为SMD设计，炉后偶有因为焊接气泡导致焊点变大形成短路情况，想让研发改成NSMD设计，基于上述原因，还在找相关资料做论证，希望大家可以给予指点。

你提到的耿明老师在《电子组装的可制造性设计》中提出SMD焊盘在无铅焊接中有利于气体的排出，个人没有看过，这可能是基于某些特定工艺和材料组合下的实验结果。如果可能的话，建议可以提供该文章的理论根据与详细内容，如果可以提供贵司的气泡照片会更好判断。
正常来说，NSMD焊盘没有阻焊层覆盖，因此焊盘周围的铜面暴露出来，提供了更大的润湿面积。这种设计可以让焊料更自由地流动和扩展，有助于气体排出，因此在焊接过程中可能更容易减少气泡的生成。大多数研究和实际经验表明，NSMD设计在改善焊点质量和减少空洞方面有明显的优势，特别是在BGA封装焊接中。
另外，基于你提到"0.4间距的BGA，焊盘为SMD设计，炉后偶有因为焊接气泡导致焊点变大形成短路情况"，这种情形应该是无法藉由变更SMD与NSDM焊盘设计来获得改善的，只能说这种焊盘设计对气泡的改善效果差异不大。而一般会造成BGA锡球吹气中空胀大，通常是焊盘下面有导通孔填孔设计所导致，一个原因是dimple太大，另一个原因是使用树脂塞孔，加热时气体会从dimple或树脂塞孔中逸出导致气泡。

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researchmfg:
你提到的耿明老师在《电子组装的可制造性设计》中提出SMD焊盘在无铅焊接中有利于气体的排出，个人没有看过，这可能是基于某些特定工艺和材料组合下的实验结果。如果可能的话，建议可以提供该文章的理论根据与详细内容，如果可以提供贵司的气泡照片会更好判断。
正常来说，NSMD焊盘没有阻焊层覆盖，因此焊盘周围的铜面暴露出来，提供了更大的润湿面积。这种设计可以让焊料更自由地流动和扩展，有助于气体排出，因此在焊接过程中可能更容易减少气泡的生成。大多数研究和实际经验表明，NSMD设计在改善焊点质量和减少空洞方面有明显的优势，特别是在BGA封装焊接中。
另外，基于你提到"0.4间距的BGA，焊盘为SMD设计，炉后偶有因为焊接气泡导致焊点变大形成短路情况"，这种情形应该是无法藉由变更SMD与NSDM焊盘设计来获得改善的，只能说这种焊盘设计对气泡的改善效果差异不大。而一般会造成BGA锡球吹气中空胀大，通常是焊盘下面有导通孔填孔设计所导致，一个原因是dimple太大，另一个原因是使用树脂塞孔，加热时气体会从dimple或树脂塞孔中逸出导致气泡。

图片:微信截图_20241115161711.png

图片:微信截图_20241115161741.png

图片:微信截图_20241115163454.png

以上两张图片为短路的XRAY图片，裸板图及该芯片的数据信息，是否为图片中的对应方向现在不能确定了。手里无该产品的图纸，从实物图确实无法判定焊盘上是否有塞孔，钢网开孔为0.21方形倒圆，厚度0.08MM，无铅焊接，板厚0.7MM，无载具过炉，恒温88秒左右，峰值247度，回流时间60秒上下，同板上其他BGA（包括0.4间距）焊接后气泡在8%以下（未保存相关图片，但是当时测量过），而且焊点圆润。此芯片型号为TCS4525，在规格书上未找到该锡球直径数据，但是通过贴片程序查看，该物料的锡球尺寸为0.28（同板其他0.4间距的锡球为0.24），这个尺寸比钢网开孔尺寸明显偏大，应该也是气泡产生的一个原因。
此钢网做过优化，优化前开孔为0.25，短路比例非常高，当时确实没注意过是否是因为气泡原因导致的，所以对开孔做了缩孔处理。
同时附图耿明老师著作中关于SMD与NSMD焊盘优缺点的相关介绍，这也是我产生困惑的原因。

图片:微信截图_20241115163012.png

请老师是否可以帮忙提出改善建议或改善方向，谢谢！

如果是LGA模块封装特别是大模块，NSMD的空洞率要小

researchmfg:你提到的耿明老师在《电子组装的可制造性设计》中提出SMD焊盘在无铅焊接中有利于气体的排出，个人没有看过，这可能是基于某些特定工艺和材料组合下的实验结果。如果可能的话，建议可以提供该文章的理论根据与详细内容，如果可以提供贵司的气泡照片会更好判断。
正常来说，NSMD焊盘 .. (2024-11-15 13:41) 

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dandingyidia:
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以上两张图片为短路的XRAY图片，裸板图及该芯片的数据信息，是否为图片中的对应方向现在不能确定了。手里无该产品的图纸，从实物图确实无法判定焊盘上是否有塞孔，钢网开孔为0.21方形倒圆，厚度0.08MM，无铅焊接，板厚0.7MM，无载具过炉，恒温88秒左右，峰值247度，回流时间60秒上下，同板上其他BGA（包括0.4间距）焊接后气泡在8%以下（未保存相关图片，但是当时测量过），而且焊点圆润。此芯片型号为TCS4525，在规格书上未找到该锡球直径数据，但是通过贴片程序查看，该物料的锡球尺寸为0.28（同板其他0.4间距的锡球为0.24），这个尺寸比钢网开孔尺寸明显偏大，应该也是气泡产生的一个原因。
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这只是我个人的观点。SMD焊盘设计因为铜箔焊盘与阻焊剂交迭，理论上fine-pitch的BGA锡球在锡膏量的印刷上比较不好控制，因为阻焊剂会垫高钢网使得锡膏印刷量变多。但SMD焊盘设计所裸露出来焊盘大小则比较规整，相对于NSMD焊盘设计在有线路连接进出焊盘时所造成焊盘不规整，反而又比较可以透过钢網开孔大小来控制锡膏量，制程工艺上又比较受控。只能说SMD与NSMD真的各有其优缺点。
对于耿明老师在《电子组装的可制造性设计》中提出”SMD焊盘在无铅焊接中有利于气体的排出”这句话，个人还是持保留态度的。因为书中没有提出理由与理论根据，在我之前的回复中也已经说明自己的观点。
至于锡球气泡的问题，一般来说，如果是0.4mm pitch的BGA，基本上不太会使用树脂塞孔电镀制程，而比较会使用电镀填孔，建议直接询问板厂BGA焊盘上的via-in-pad是何种塞孔作业。另外，回焊炉如果开氮气也可能使得锡球中的气泡集中，这是因会较低锡粉的表面张力，较低的表面张力无法有效支撑液态焊锡，会导致气体在锡球这类焊接过程中更容易聚集在一起，形成较大空洞。但氮气则有利锡量较少焊点的润湿扩展。另一个原因是氮气会加大回焊炉内的压力，使得气泡不易从锡球中逃逸出来。
如果真的有开氮气，可能做一下实验，降低氮气或关闭氮气，看看效果如何，当然开不开氮气就各有利弊了。
最后，个人建议在不影响锡膏焊接质量的情况下，实验减少锡膏印刷量，如果有SPI，建议针对有问题BGA的锡膏量管控，纪录锡膏量与回焊后的结果，看看能不能找出一个较好的制程参数。

researchmfg:这只是我个人的观点。SMD焊盘设计因为铜箔焊盘与阻焊剂交迭，理论上fine-pitch的BGA锡球在锡膏量的印刷上比较不好控制，因为阻焊剂会垫高钢网使得锡膏印刷量变多。但SMD焊盘设计所裸露出来焊盘大小则比较规整，相对于NSMD焊盘设计在有线路连接进出焊盘时所造成焊盘不规整，反而又 .. (2024-11-18 16:26) 

回流焊接无氮气，已经重新做了一张钢网，后续生产时会继续跟进，感谢老师的解答

researchmfg:你提到的耿明老师在《电子组装的可制造性设计》中提出SMD焊盘在无铅焊接中有利于气体的排出，个人没有看过，这可能是基于某些特定工艺和材料组合下的实验结果。如果可能的话，建议可以提供该文章的理论根据与详细内容，如果可以提供贵司的气泡照片会更好判断。
正常来说，NSMD焊盘 .. (2024-11-15 13:41) 

优秀。学习到了  谢谢

researchmfg:这只是我个人的观点。SMD焊盘设计因为铜箔焊盘与阻焊剂交迭，理论上fine-pitch的BGA锡球在锡膏量的印刷上比较不好控制，因为阻焊剂会垫高钢网使得锡膏印刷量变多。但SMD焊盘设计所裸露出来焊盘大小则比较规整，相对于NSMD焊盘设计在有线路连接进出焊盘时所造成焊盘不规整，反而又 .. (2024-11-18 16:26) 

学习了  关于氮气确实是 开了氮气气泡要比不开要大

这么小的BGA我们一般不允许底部有大面积铜皮和四周白油丝印框，它们影响表面平整度会导致印刷不稳定，原理不清楚，只知道现象。另外，小尺寸BGA钢网开圆孔比方孔更稳定一点。

SMTHOME因你而精彩. 论坛人才还是很多的

我们验证过NSMD在大的LGA模组上气泡要比SMD好很多

这个还是需要根据BGA的引脚间距说，引脚间距小的，阻焊厚度对其焊接影响大，所以多数建议NSMD焊盘，并且无丝印框，这种需要设计时焊盘尺寸相同，焊盘不能在大铜皮上。如果引脚间距大，阻焊厚度影响相对较少，SMD涉及会更加规范焊盘的尺寸，并且防止焊盘脱落

没用过高铅锡球，学习一下.