技术分享：BGA焊接工艺及可靠性分析

2018-12-28 09:30

3、空洞形成机理

BGA的焊球包括元件层（靠近BGA元件的基板）、焊盘层（靠近PCB的基板）和中间层。根据不同的情況，空洞可发生在这3个层中的任何层。BGA焊球中可能在焊接前就带有空洞，这样在回流焊过程完成后就形成了空洞，这可能是由于焊球制作中引入了空洞，或是PCB表面涂敷的焊膏材料问题导致的。另外，PCB的设计也是形成空洞的主要原因。例如，把过孔设计在焊盘的下面，在焊接的过程中，外界的空气通过过孔进入熔融状态的焊球，焊接完成冷却后焊球中就会留下空洞。焊盘层中出现的空洞可能是由于焊盘上面印刷的焊膏中的助焊剂在回流焊接过程中挥发，气体从熔化的焊料中逸出，冷却后就形成了空洞。焊盘的镀金层不好或焊盘表面有污染物都会引起空洞的产生。通常发现空洞机率最多的位置是在元件层，即焊球的中央到BGA基板之间的部分。这可能是因为PCB 上面BGA的焊盘在回流焊接的过程中，存在空气气泡和挥发的助焊剂气体，当BGA的共晶焊球与所施加的焊膏在回流焊过程中融为一体时形成空洞。如果再回流焊温度曲线在回流区时间不够长，空气气泡和挥发的助焊剂气体来不及逸出，熔融的焊料已经进入冷却区变为固态，便形成了空洞。所以，回流焊温度曲线设定是空洞形成的重要原因。

4、提高BGA焊接可靠性的工艺改进建议

1) 电路板、芯片预热，去除潮气，对托盘封装的BGA要在焊接前以120℃烘烤4～6 h。2) 清洁焊盘，将留在PCB表面的助焊剂、焊锡膏清理掉。3) 涂焊锡膏、助焊剂必须使用新鲜的辅料，涂抹均匀，焊膏必须搅拌均匀，焊膏黏度和涂抹的焊膏量必须适当，才能保证焊料熔化过程中不连焊。4) 贴片时必须使BGA芯片上的每一个焊锡球与PCB上每一个对应的焊点对正。5) 在回流焊过程中，要正确选择各区的加热温度和时间，同时应注意升温的速度。一般，在100℃前，最大的升温速度不超过6℃/s，100℃以后最大的升温速度不超过3℃/s，在冷却区，最大的冷却速度不超过6℃/s。因为过高的升温和降温速度都可能损坏PCB和芯片，这种损坏有时是肉眼不能观察到的。同时，对不同的芯片、不同的焊锡膏，应选择不同的加热温度和时间；对免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，因此，焊接温度不宜过高，焊接时间不宜过长，以防止焊锡颗粒的氧化。6) 在进行PCB设计时，PCB上BGA的所有焊点的焊盘应设计成一样大，如果某些过孔必须设计到焊盘下面，也应当找合适的PCB厂家，确保所有焊盘大小一致，焊盘上焊锡一样多且高度一致。5结束语随着电子产品体积小型化的主流发展趋势，BGA封装的物料引脚设计会越来越密，焊接难度会越来越大，针对BGA的焊接可靠性则是永远探讨的课题。

参考文献

[1] BGA 空洞形成的机理及对焊点可靠性的影响

[2] IPC-国际电子工业联接协会. IPC-A-610D 印制板组装件验收条件

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