【bga怎么焊】技术共享：BGA焊接工艺及可靠性分析

1、前言

随着电子产品向小型化、便携式、网络化和高性能方向发展，对电路装配技术和I/O引线数量提出了更高的要求，芯片尺寸变小，芯片上的针脚越来越多，生产和维修变得越来越困难。原SMT中广泛使用了四边扁平封装QFP，封装间隔的极限大小停留在0.3 mm。该间隙引线易弯曲、易变形或断裂，对SMT装配工艺、设备精度、焊接材料的要求较高，窄间隙引线QFP缺陷率高达6000PM，限制了广泛的应用。球栅阵列封装BGA部件由于芯片上的针脚分布在封装底部，因此将封装外壳基板原始4侧发出的针脚替换为阵列布局上的铅/锡凸针脚，可以容纳更多的I/O数，并且可以使用更大的针脚间距(例如1.5、1.27毫米)代替QFP 0.4、0。芯片不仅能在与QFP相同的封装尺寸下保持更多的封装容量，还能显著地提高I/O针脚间距，从而大大提高SMT组装的完成率，缺陷率仅为0.35 ppm，便于生产和维修，因此BGA在电子产品生产领域得到了广泛应用。为了提高BGA焊后焊点的质量和可靠性，研究BGA焊点的缺陷表现和可靠性等。

2、BGA焊接质量与检验

BGA的焊点位于芯片下方，焊接完成后很难用肉眼判断焊接质量。如果没有检测设备，先用眼睛看芯片外围的崩溃是否一致，然后把芯片对准光，每一行都能透光，那么可以通过初步判断判断没有焊接。(威廉莎士比亚，windows，windows)。但是，不能用这种方法确定内部钎焊是否有其他缺陷，或者焊点表面是否有孔。为了更清楚地判断焊点的质量，必须使用x光测量仪。常用的X射线测试仪器包括2D X射线直射照相机和X电路板探测器。传统的2D X射线直射设备的缺点是，PCB板两侧的所有焊点同时投影到一张照片上。如果同一位置的两侧都有元件，则这些焊接注释形成的阴影会重叠，您无法知道哪些侧有元件。有缺陷的话，不知道是哪一层的问题，不能满足准确识别焊接缺陷的要求。X电路板探测器是X射线断层扫描设备，用于检查焊点，不仅可以检查BGA，还可以检查PCB板上所有封装的焊点。该设备采用X射线断层照片，可以将石球分层，产生断层摄影效果。x断层照片可以根据CAD原始设计资料和用户设置参数进行比较，从而及时得出焊接合格与否的结论。缺点是价格太高。2.1BGA焊点的接收标准，无论使用什么设备检查，都必须有判断BGA焊点质量是否合格的标准。IPC-A-610C中对12.2.12合格BGA焊点的接收标准定义：焊点光滑、圆润、边界清晰、无孔，与所有焊点的直径、体积、灰度和对比度一样，位置对齐、无偏移或扭转、无焊接锡球焊接完成后判断焊点是否合格的最佳方案是满足上述要求，但在实际检查时可以稍微放宽标准。与位置对齐一样，BGA焊点允许对衬垫偏移不超过25%，对焊球不允许，但焊球不能大于相邻的两个最近焊球间距的25%。2.2BGA焊接常见缺陷BGA焊接常见缺陷：锡、开口、缺少焊接球、孔、大焊接注释球和焊点边模糊。洞不仅仅是BGA的。安装在表面上并打孔的零部件上的钎焊通常可以用眼睛看到孔，而不是X射线检查。但是，在BGA焊接中，焊接点隐藏在封装下，因此只有使用X射线才能检查这些焊接点是否有孔。甚至认为空虚有利于可靠性。IPC-7095委员会认为，尺寸非常小、无法完全消除的孔有助于可靠性，但认为尺寸有多大，必须有定义的标准。

3、中空形成机制。

BGA的焊接球包括元件层(BGA元件附近的基板)、垫层(PCB附近的基板)和中间层。视情况而定，空白空间可能发生在三层中的任何一层。BGA焊接球在焊接前可能有孔。这可能会在回流焊接过程完成后产生孔。这可能是由于在焊接球制作中引入孔或涂抹在PCB表面上的焊料材料问题造成的。另外，PCB的设计也是形成空洞的主要原因。例如，如果在焊盘下设计孔，则在焊接过程中，外部空气将通过孔进入熔体状态的焊接球，焊接冷却后，焊接球上将留下一个孔。出现在焊接盘层上的洞可能是因为打印在焊接盘上的焊接霜的辅助焊剂在回流焊接过程中挥发，气体从熔化的焊料中逸出，冷却后形成洞。钎焊板的镀金层不好，或者钎焊板表面有污染物，就会产生孔洞。通常，发现孔最多的位置是元件层(焊接球中心与BGA基板之间的部分)。这可能是因为PCB上方BGA的焊接板在回流焊接过程中存在空气泡沫和挥发性通量气体，BGA的共晶焊接球和应用的铅库在回流焊接过程中熔合时形成孔洞。再循环焊接温度曲线在回流区不够长时，空气泡沫和挥发的通量气体无法逸出，熔化的焊料进入冷却区，变成固体，形成孔洞。因此，回流焊接温度曲线的设置是孔形成的重要原因。

4、提高BGA焊接工艺改进建议的可靠性

1)电路板、芯片预热、除湿、托盘包装BGA在焊接前必须以120烘烤4 ~ 6H。2)清洁钎焊板，清除PCB表面残留的补焊剂、焊膏。3)焊膏、焊膏是新鲜辅料，要均匀涂抹，焊膏要均匀搅拌，焊膏粘度和焊膏量要适当，以免焊膏熔化过程中发生焊接。

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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