BGA焊點可靠性工藝研究

李曉明 劉冰野 任康

摘 要：隨著當今社會現(xiàn)代化、科技化的發(fā)展，各類電子設備的功能性越發(fā)強大，與此同時針對電子設備的自身的要求在增加，便攜化、小型化與網(wǎng)絡化已經(jīng)成為當今電子設備的主流發(fā)展方向。BGA（Ball Grid Array）封裝元器件在電子模塊中的占比已逐漸提高，其完美的適應了電子設備便攜化、小型化、高性能網(wǎng)絡化的發(fā)展方向，因此被廣泛使用，同時對于BGA焊點可靠性工藝的研究也在不斷的進步。本文將針對BGA焊點可靠性工藝研究做出分析與歸納，在此基礎上簡要的預測BGA焊點可靠性的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：BGA;焊點;可靠性;工藝研究

BGA的全稱為球柵陣列，它是集成電路采用的一種封裝法。隨著時代發(fā)展，現(xiàn)代電子設備通常使用高功能、高密度的BGA封裝技術(shù)，正因此種封裝技術(shù)的優(yōu)勢使得電子設備得到長足飛躍式的發(fā)展，同時在此過程當中也對BGA焊點可靠性的工藝提出更高的要求。該封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)、尺寸及空洞等多方面因素都將對BGA焊點可靠性造成一定影響，因此本文將針對以上幾種問題做出相關(guān)解析。

1 BGA及其焊接工藝簡介

在BGA焊接工藝當中，根據(jù)封裝使用的原材料不同，可以分為PBGA和CBGA兩種封裝方式，PBGA（塑料封裝）的具有制造成本低，工藝簡單等優(yōu)點，但由于其原材料的特性，塑料封裝較為容易受潮，因此打開包裝以后需要在短時間內(nèi)使用。CBGA（陶瓷封裝）使用的封裝材料相較于PBGA防潮效果更好，器件本身的可靠性方面也有較大的提升。

2 BGA焊接質(zhì)量及檢驗

當焊接工作結(jié)束后，由于在焊接過程中焊點的位置是在封裝體的下方，無法單一通過觀測辨別焊接質(zhì)量。通常，當焊接工作完成后，首先應當觀察芯片外圈的塌陷程度是否相同，確認相同以后再將芯片與光線對準進行觀察，再次確認所有的縫隙的透光性，確定未出現(xiàn)連焊的現(xiàn)象，對焊接質(zhì)量進行初步判斷。初步判斷完成以后需要對焊點進行下一步質(zhì)量檢測，此步驟需要在X光檢測儀器輔助下完成。

3 器件及焊點可靠性影響因素

3.1 焊點材料屬性

鉛金屬由于自身帶有相關(guān)揮發(fā)性并且有可能對人體健康產(chǎn)生危害，在電子元件的制造中無鉛化被大量的施行，但由于鉛合金在BGA焊接過程中扮演重要的角色，鉛錫合金具有的種種優(yōu)點的原因，導致現(xiàn)階段鉛錫合金焊料仍被廣泛的使用著，為了更快速的實現(xiàn)無鉛化，針對于無鉛焊料的研發(fā)勢必可行，并且應當大力推行混合焊點的使用。

目前混合焊接分為兩種類型，首先為向前兼容型焊點，其操作方法為將含有鉛金屬的組件與無鉛焊料進行焊接;另外還存在向后兼容性焊點，其操作方式為將無鉛組件與有鉛焊料進行焊接。相關(guān)資料研究表明，向前兼容型焊點在熱疲勞壽命的延長方面效果明顯好于向后兼容型焊點。

3.2 封裝尺寸

焊點可靠性可能受到多方面條件的影響，封裝尺寸同樣是其中條件之一，通過大量相關(guān)專業(yè)人員的試驗及總結(jié)，封裝尺寸與焊點可靠性的關(guān)系如表1所示。

3.3 空洞

由于無鉛焊料和有鉛焊料在材質(zhì)方面的差異導致其兩者具有不同的浸潤性，通過相關(guān)試驗得出結(jié)論，對比有鉛焊料，無鉛焊料在使用過程中更容易產(chǎn)生空洞，并且在空洞形成的測試過程中進行了空洞大小數(shù)量及其位置對焊點可靠性影響的進一步試驗。試驗發(fā)現(xiàn)空洞形成且其具體位置等因素對焊點熱壽命產(chǎn)生一定影響，但未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律性。

3.4 載荷條件

載荷條件同樣是BGA焊點可靠性的影響因素之一，焊點可靠性在不同的載荷條件之下所體現(xiàn)的效果是不同的，眾多的專業(yè)人員對不同載荷條件下焊點的可靠性進行過全面的試驗和分析，并且做出了相關(guān)結(jié)論，具體如表2所示。

4 板級焊點可靠性研究

通常情況下電子器件的安裝位置為電路板，而電路板是集成總體，因此器件的焊點可靠性將會受到來自電路板多方面條件影響，例如電路板中電子器件的分布情況，電路板散熱系統(tǒng)的設計及質(zhì)量或焊盤整體構(gòu)造以及涂層的選用等。

4.1 電路板布局

電路板的布局結(jié)構(gòu)直接影響著焊點的可靠性，相關(guān)專業(yè)人員通過研究發(fā)現(xiàn)，當焊點的位置處在距離固定螺絲較近時，焊點的可靠性不容易得到保障，究其原因，首先靠近固定螺絲的焊點受到來自其他方向的力量更大，導致其振幅較大，因此相應的改進辦法應該為將焊點的選取位置設置在距離固定螺絲較遠的區(qū)域。

4.2 焊盤材質(zhì)與焊盤涂層

焊盤材質(zhì)與焊盤涂層是連接焊點的部分，因此其成為影響焊點可靠性的重要影響因素。目前在焊盤涂層的選取過程中，采用較為廣泛的是有機保焊膜和無電鍍鎳金沉浸，研究人員對此兩種焊盤涂層進行了復雜的研究試驗，得出結(jié)論，首先有機保焊膜在相關(guān)的溫度測驗中表現(xiàn)良好，但在跌落和彎曲試驗中，無電鍍鎳金沉浸的焊點可靠性要優(yōu)于有機保焊膜的焊點可靠性，因此在電子元器件與焊盤的焊接過程中，應當以有機保焊膜作為焊盤涂層的焊盤進行優(yōu)化設計，達到增強焊點可靠性的目的。

5 結(jié)語

綜上所述，BGA焊接相關(guān)技術(shù)經(jīng)過多年的完善和優(yōu)化已經(jīng)得到了長足的進步，相關(guān)專業(yè)人員也已經(jīng)全方面的分析了在各種因素下焊點可靠性的性能，通過這些研究，BGA焊點可靠性不斷得到增強。

參考文獻：

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