Voids unter BGA und QFN reduzieren - wie gelingt es?

Wie entstehen Voids unter BGA und QFN?

Voids sind Gasblasen, die beim Reflow im schmelzenden Lot eingeschlossen werden. Sie stammen überwiegend aus den Flussmittel-Ausgasungen der Lotpaste: Lösemittel und Aktivatoren verdampfen, und unter grossen Flächen wie BGA-Balls oder dem QFN-Massepad kann das Gas nicht rechtzeitig entweichen.

Besonders kritisch ist das zentrale Thermal-Pad von QFN und LGA. Die grosse zusammenhängende Lotfläche wirkt wie eine Falle, sodass Voids dort oft 40 % und mehr der Fläche einnehmen, wenn das Profil und der Pastenauftrag nicht angepasst sind.

• Flussmittel-Ausgasung als Hauptquelle des eingeschlossenen Gases.
• Grosse Pad-Flächen (BGA-Ball, QFN-Massepad) erschweren das Entweichen.
• Oxidation auf Pad oder Kugel behindert das Benetzen und hält Gas fest.
• Zu schnelles Aufheizen treibt Lösemittel erst im flüssigen Lot aus.

Welche Rolle spielen Paste und Vorheizung?

Die Lotpaste ist die erste Stellschraube. Pasten der Klassen Typ 4 und Typ 5 mit feinerem Pulver und speziell auf niedrige Voids optimierte Flussmittel entgasen kontrollierter. Ebenso wichtig ist eine ausreichend lange Soak-Phase zwischen etwa 150 und 180 °C, damit Lösemittel vor dem Aufschmelzen entweichen.

• Stickstoff-Atmosphäre verbessert die Benetzung und mindert Oxidation.
• Frische, korrekt aufgerührte Paste vermeidet Feuchteaufnahme.
• Peak nicht überhöhen: zu heiss verkocht das Flussmittel zu früh.

Wann lohnt sich Vakuum-Reflow?

Beim Vakuum-Reflow wird die Kammer, während das Lot flüssig ist, kurz auf wenige Millibar bis rund 100 mbar evakuiert. Die eingeschlossenen Gasblasen dehnen sich aus und steigen aus der Schmelze auf, bevor das Lot erstarrt. So lassen sich Void-Anteile um 50 bis 80 % senken, teils auf Restwerte unter 2 %.

Vakuum lohnt sich vor allem bei Leistungshalbleitern, grossen QFN-Massepads und sicherheitsrelevanten BGA, bei denen die reine Profiloptimierung die geforderten Grenzwerte nicht erreicht. Das Vakuum wird gezielt im flüssigen Zustand angelegt und vor dem Erstarren wieder aufgehoben.

Wie bewertet man Voids nach IPC?

Die Bewertung erfolgt per Röntgeninspektion und wird gegen die IPC-Kriterien gehalten. IPC-7095 beschreibt die Void-Berechnung für BGA, IPC-A-610 definiert Abnahmekriterien. Üblich ist eine Grenze von 25 % Void-Fläche je einzelnem BGA-Ball, projiziert in der Draufsicht.

• 2D-Röntgen für die Draufsicht-Voidfläche je Ball.
• Position im Ball prüfen: Voids an der Grenzfläche sind kritischer als zentrale.
• Ergebnisse mit Profil- und Pastencharge verknüpfen und archivieren.

Häufige Fragen