BGA焊接可靠性分析及工藝改進

李曉明 焦超鋒 任康

摘 要：隨著電子產品的升級，為了實現電子產品的微型化、網絡化和高性能，電子產品的組裝技術，需要進一步的發展。BGA焊接正是在電子產品組裝中，發揮了重要的作用。然而，從實際情況來看，BGA焊接可能從多個方面，造成芯片固定管腳斷裂等焊接方面的問題。本文從影響焊接可靠性因素的方面，進行BGA焊接可靠性的分析，進一步的提出BGA焊接的工藝改進措施，實現焊接質量問題的防范。

關鍵詞：焊接技術;BGA焊接;焊接工藝

一、BGA焊接工藝簡介

BGA焊接，根據焊接封裝材料的區別，可以將其劃分為塑膠和陶瓷兩個類別。這兩個類別分別為PBGA塑膠焊球、CBGA陶瓷焊球，隨著技術的發展，目前也有TBGA載帶型球陣列焊接。PBGA的是最為常見的BGA技術，其使用材質為焊錫球，從成本來看，成本低廉，且焊接容易，在回流焊過程中，焊球能夠實現自主的校準，電學性能能夠較好的實現。但是，由于封裝采用塑料材質，對于環境中濕氣較為敏感，容易受潮。因此，對氣密性要求較高的封裝焊接，不適用于PBGA。同時，焊接前普通元器件，需要在八小時內完成焊接使用，否則受潮后容易導致元器件吸附水分，元器件氧化，導致在焊接過程元器件不能充分清除氧化物，產生虛焊、假焊的缺陷。

二、影響BGA焊接可靠性的因素

（1）物料因素。BGA物料，在焊接過程中出現實效或焊接不良的情況，就會導致焊接可靠性下降。例如BGA物料焊錫球脫落，或者焊錫球出現裂紋等質量問題等。物料的因素，會導致焊接后的焊點，與芯片元件出現分離空洞。

（2）環境因素。如采用PBGA完成焊接，可能由于濕度敏感問題，導致BGA出現失效的情況。或者，在焊接環境下，靜電的出現，也有可能導致出現靜電擊穿的情況，導致BGA焊接可靠性下降。

（3）元件因素。BGA焊接的PCB印制電路板，需要在焊接前保證真空包裝。如果出現包裝破損以及包裝處于超期狀態，則需要對元件進行返工，不能繼續使用。同時PCB元件拆包之后，要在48小時內完成焊接組裝。任何元件未徹底的檢查、退膜不凈、返修未烘板等問題，都可能造成焊盤變黑，印刷電路板銅箔表面處理有機保焊膜的顏色異常，影響焊接上錫性。

（4）表面組裝工藝因素。在PCB基礎上進行加工的表面組裝技術，由于操作過程中的多種原因，影響焊接可靠性。例如生產爐溫較低，引發焊接接觸不良;焊接返修工作檢查不足，返修工作未以此完成;BGA區域過孔沒有塞好，絲印焊膏在焊接中，焊膏偏移引發錫珠掉入孔內，造成組件短路;準確度和用量，都會影響焊接可靠性;錫膏使用沒有按照操作時間要求完成，同時攪拌不足，使用不均勻的錫膏，或者保存不當的錫膏，同樣會引發焊接空洞問題。

三、BGA焊接的工藝改進措施

（1）物料管控。按照BGA物料管控制度，進行嚴格的管控，同時完成物料檢驗。對于未拆封物料，進行儲存溫度和濕度的控制，同時標明已拆封物料的時間。物料存儲，要采用BGA物料專用的防潮柜，確保存儲溫度和濕度的穩定。對于已經拆封，但是暫時不使用的BGA物料，要重新進行真空包裝。尤其需要關注的是焊膏的管控。焊膏的顆粒會影響BGA的焊腳，因此，一是要保證焊膏的選擇，二是要控制焊膏的存儲。焊膏選擇要結合BGA焊接的焊腳微小程度，確保低于45mm。焊膏存儲需要在冷藏恒溫環境存儲，溫度要在3℃～10℃之間，使用時，要在室溫下回溫6小時。另外，焊膏使用前要完成攪拌，攪拌轉速要達到1000轉到1200轉每分鐘，攪拌3分鐘，確保錫膏狀態為流動狀，拿起攪拌刀時，緩慢的下落，并呈現線狀為宜。

（2）環境控制。對于環境的控制是BGA焊接工藝中，最為基礎的工藝改進部分。主要包括靜電防護，溫度控制和濕度控制。靜電防護是指焊接生產工序中，每一個工序環節，工作人員都要對元件、物料和組件等完成防靜電的措施。溫度控制，要確保焊接環境溫度在18℃～30℃之間。濕度控制，要保證焊接環境濕度在30%～60%之間。

（3）元件管理。對電路板、芯片進行焊接前的預熱，確保去除潮氣的焊接影響。PBGA在焊接前，采用烘烤的方式，去除潮氣。烘烤溫度100℃，時間在6到8小時之間。對于焊盤、印制電路板等元件，進行焊接前的檢查和清潔，對于殘留的助焊劑、焊膏、保焊膜進行嚴格的清理。

（4）組裝工藝改進。對于回流焊接的溫度，進行溫度控制。在預熱、保溫、回流、冷卻等各個階段，進行溫度的調整。針對具體回流爐的溫度設定條件以及不同錫膏的特性，完成溫度的控制。

貼片組裝過程中，準確的對應芯片上的焊點和孔位，保證錫珠的對應位置準確，不發生偏移。保證絲印焊膏的焊接準確性。焊膏黏度和焊接量都保證精確的控制，確保融化后不連焊，不空洞，不錯位。

四、結語

BGA焊接的焊接可靠性，是關系到電子產品質量的重要構成和工藝基礎。因此，通過對影響BGA可靠性的因素進行分析，能夠進一步的完成焊接過程中的工藝改進措施，減少返修情況，實現產品質量的提升。

參考文獻：

[1]王旭艷，徐仁春，劉剛.Anand本構方程在焊點可靠性研究中的應用[J].電焊機，2012，42（12）：66-69.

[2]楊根林.SMT電子組件及焊點的失效判定與切片金相分析[J].現代表面貼裝資訊，2011（6）：41-49.

[3]李龍，馮瑞，趙淑紅.有鉛焊膏和無鉛BGA混裝焊點的可靠性探索[J].電子工藝技術，2018，39（2）：88-91.