提高BGA焊接的可靠性方法與實踐

李曉明 任康 焦超鋒

摘 要：BGA元器件目前廣泛應用于高密度電子產品中，筆者通過對BGA焊接技術的失敗案例進行分析以及比較，得出提高BGA焊接技術的可靠性的方法，也從這些失敗樣品中總結一定的經驗，提升BGA焊接技術。

關鍵詞：BGA焊接;可靠性

現如今，隨著電子信息產品日益增多，電子組裝技術已成為電子制造行業關注的焦點。在電子產品中，焊點的可靠性已成為了組裝技術中的重中之重。與其他封裝IC器件相比，BGA器件在一定程度上縮短了器件的尺寸，節省了其占用空間，增加了更多的引線，使其電性能強于之前的幾倍。I/O接口的高密度、優秀的散熱性能都是BGA技術的優點。

1 BGA失敗樣品分析

對國內某樣品中的A、B、C三個焊盤掉落元器件進行染色分析，見右圖，元件A、元件B中都有黑焊盤。其中，元件A中的黑焊盤分布于元器件焊點的周圍。元件B中的黑焊盤出現在焊點的縫隙之中。國內對焊盤的設計合理性以及大小都有著一定的考量以及一定的規定，因此焊盤的直徑以及焊盤的幾何形狀與BGA焊接的可靠性有著密不可分的關系，同時在一定程度上對其性能也有著直接或間接影響。從而可以得出一定的結論：元器件在焊接過程中PCB會出現黑色焊盤的狀況，再加上外力作用，焊盤會出現一定的掉落現象，進而會導致元器件部分性能失效。因此要想提升樣品質量，就必須提升BGA焊接質量以及可靠性。

2 失效樣品的相關體現

在失效的樣品中，焊盤的表面附著的很多物質。這些物質是黑色的，其主要的成分是鎳鍍層經過了氧化腐蝕導致了變色。這些物質是導致失敗樣品的最主要的因素之一，從而導致樣品的可靠性大幅的降低。在焊接時夾雜在部分焊球未和芯片之間，導致接觸不良，在一定程度上降低焊接性能。由于鎳鍍層可焊性差不能與焊料形成良好的金屬間化合物，導致焊盤與焊球之間未形成良好的金屬間化合物，最終導致元器件在受到機械應力后脫落，進而失效。焊點失效的主要原因是由其材料、焊點的具體結構和所受載荷決定的。波峰焊過程中快速的冷熱變化產生的熱應力與熱沖擊也會對焊點的可靠性產生影響。溫度對其的影響也是十分顯著，因此在進行BGA焊接時，一定要控制好焊接溫度，進而在一定程度上減少對焊接性能的影響。在相同引腳數量的情況下，與其他IC器件相比，BGA器件組裝密度高并且焊接過程具有自對中效應，因此BGA封裝器件被大多生產廠家廣泛使用。然而這些生產廠家仍然不愿意投資開發提高BGA器件焊接可靠性的工具及方法.在沒有專用檢查工具的情況下，焊接點的測試也變得相當的困難，因此更加不容易保證其質量和可靠性，BGA焊接的焊點的質量和可靠性是BGA技術在應用中的關鍵影響因素。因此，提高BGA焊接質量可靠性的有效方法顯得相當重要，更是必然途徑。BGA技術在電子信息產品被應用的極為廣泛。這項技術使電子信息類相關產品更加容易攜帶，更加使用方便，而且其價格也更容易被大家所接受。這在一定程度上也使得電子信息產品行業的相關競爭更加激烈。雖然BGA技術存在一些弊端，但由于其使用的廣泛性及背后的巨大經濟效益，很多公司投入了大量的人力和財力對其缺點進行完善，從而提高BGA焊接的可靠性。

3 提高焊點可靠性的方式

提高焊點可靠性的方法包括對PCB表面涂層的選擇，改變PCB表面涂層的材料的選擇等。根據業界相關標準以及筆者相關經驗，有機表面保護涂層的焊盤的拉伸強度高于熱風整平的焊盤的拉伸強度。此外，需要在使用過程中注意PCB的傳送和誤印后的清洗過程。國外某知名公司通過使用填底膠的相關工藝，進而提升了焊接的強度，然而這樣的方式使整個工藝流程變得更加復雜，使其成本大大的升高。因此，新工藝的研發勢在必行。非阻焊限定焊盤是當前的主流設計，這種設計的主要特點是擴大阻焊層的開孔的表面面積，在焊接時焊料會填充至焊盤與阻焊膜之間的間隙，進而使焊料球和PCB焊盤間的焊接強度得到了提升。并且，此項工藝的成本也不是特別的高并且維護成本也相對而言比較低廉。未使用這項技術之前生產出來的手機，一旦經過一定次數的掉落，十分容易出現無法開機等不好的狀況，然而通過使用新技術生產出來的手機可以接受跌落的次數大大高于原本的跌落次數，使樣機內部元器件焊點連接的可靠性大大得到了提升。因此，選擇合適的技術，不僅在效果上是優秀的，在性能上也會有足夠的體現。綜上這個例子就可以將其完美的展現出來。

4 結語

總的來說，目前，BGA技術雖然存在一些缺陷，但是仍然是目前社會上使用的主流技術。無論是在電子信息相關領域、計算機相關領域，BGA技術都有著巨大，不可被代替的作用，同時也有著巨大的經濟效益。國家對BGA的技術的研究的研發非常重視，對相關研究單位給予大力的扶持。因此，BGA技術的深度研究的成功不是遙不可及的，通過技術人員的研究，在未來的某一天必然會得到完善，從而進一步提高BGA焊接的可靠性。

參考文獻：

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