BGA焊接可靠性分析及工藝改進(jìn)

李曉明 焦超鋒 任康

摘 要：隨著電子產(chǎn)品的升級(jí)，為了實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的微型化、網(wǎng)絡(luò)化和高性能，電子產(chǎn)品的組裝技術(shù)，需要進(jìn)一步的發(fā)展。BGA焊接正是在電子產(chǎn)品組裝中，發(fā)揮了重要的作用。然而，從實(shí)際情況來看，BGA焊接可能從多個(gè)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(jìn)行BGA焊接可靠性的分析，進(jìn)一步的提出BGA焊接的工藝改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題的防范。

關(guān)鍵詞：焊接技術(shù);BGA焊接;焊接工藝

一、BGA焊接工藝簡介

BGA焊接，根據(jù)焊接封裝材料的區(qū)別，可以將其劃分為塑膠和陶瓷兩個(gè)類別。這兩個(gè)類別分別為PBGA塑膠焊球、CBGA陶瓷焊球，隨著技術(shù)的發(fā)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(shù)，其使用材質(zhì)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?qū)崿F(xiàn)自主的校準(zhǔn)，電學(xué)性能能夠較好的實(shí)現(xiàn)。但是，由于封裝采用塑料材質(zhì)，對(duì)于環(huán)境中濕氣較為敏感，容易受潮。因此，對(duì)氣密性要求較高的封裝焊接，不適用于PBGA。同時(shí)，焊接前普通元器件，需要在八小時(shí)內(nèi)完成焊接使用，否則受潮后容易導(dǎo)致元器件吸附水分，元器件氧化，導(dǎo)致在焊接過程元器件不能充分清除氧化物，產(chǎn)生虛焊、假焊的缺陷。

二、影響B(tài)GA焊接可靠性的因素

（1）物料因素。BGA物料，在焊接過程中出現(xiàn)實(shí)效或焊接不良的情況，就會(huì)導(dǎo)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(xiàn)裂紋等質(zhì)量問題等。物料的因素，會(huì)導(dǎo)致焊接后的焊點(diǎn)，與芯片元件出現(xiàn)分離空洞。

（2）環(huán)境因素。如采用PBGA完成焊接，可能由于濕度敏感問題，導(dǎo)致BGA出現(xiàn)失效的情況。或者，在焊接環(huán)境下，靜電的出現(xiàn)，也有可能導(dǎo)致出現(xiàn)靜電擊穿的情況，導(dǎo)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(xiàn)包裝破損以及包裝處于超期狀態(tài)，則需要對(duì)元件進(jìn)行返工，不能繼續(xù)使用。同時(shí)PCB元件拆包之后，要在48小時(shí)內(nèi)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(jī)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(chǔ)上進(jìn)行加工的表面組裝技術(shù)，由于操作過程中的多種原因，影響焊接可靠性。例如生產(chǎn)爐溫較低，引發(fā)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(qū)域過孔沒有塞好，絲印焊膏在焊接中，焊膏偏移引發(fā)錫珠掉入孔內(nèi)，造成組件短路;準(zhǔn)確度和用量，都會(huì)影響焊接可靠性;錫膏使用沒有按照操作時(shí)間要求完成，同時(shí)攪拌不足，使用不均勻的錫膏，或者保存不當(dāng)?shù)腻a膏，同樣會(huì)引發(fā)焊接空洞問題。

三、BGA焊接的工藝改進(jìn)措施

（1）物料管控。按照BGA物料管控制度，進(jìn)行嚴(yán)格的管控，同時(shí)完成物料檢驗(yàn)。對(duì)于未拆封物料，進(jìn)行儲(chǔ)存溫度和濕度的控制，同時(shí)標(biāo)明已拆封物料的時(shí)間。物料存儲(chǔ)，要采用BGA物料專用的防潮柜，確保存儲(chǔ)溫度和濕度的穩(wěn)定。對(duì)于已經(jīng)拆封，但是暫時(shí)不使用的BGA物料，要重新進(jìn)行真空包裝。尤其需要關(guān)注的是焊膏的管控。焊膏的顆粒會(huì)影響B(tài)GA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(chǔ)。焊膏選擇要結(jié)合BGA焊接的焊腳微小程度，確保低于45mm。焊膏存儲(chǔ)需要在冷藏恒溫環(huán)境存儲(chǔ)，溫度要在3℃～10℃之間，使用時(shí)，要在室溫下回溫6小時(shí)。另外，焊膏使用前要完成攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速要達(dá)到1000轉(zhuǎn)到1200轉(zhuǎn)每分鐘，攪拌3分鐘，確保錫膏狀態(tài)為流動(dòng)狀，拿起攪拌刀時(shí)，緩慢的下落，并呈現(xiàn)線狀為宜。

（2）環(huán)境控制。對(duì)于環(huán)境的控制是BGA焊接工藝中，最為基礎(chǔ)的工藝改進(jìn)部分。主要包括靜電防護(hù)，溫度控制和濕度控制。靜電防護(hù)是指焊接生產(chǎn)工序中，每一個(gè)工序環(huán)節(jié)，工作人員都要對(duì)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(huán)境溫度在18℃～30℃之間。濕度控制，要保證焊接環(huán)境濕度在30%～60%之間。

（3）元件管理。對(duì)電路板、芯片進(jìn)行焊接前的預(yù)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(shí)間在6到8小時(shí)之間。對(duì)于焊盤、印制電路板等元件，進(jìn)行焊接前的檢查和清潔，對(duì)于殘留的助焊劑、焊膏、保焊膜進(jìn)行嚴(yán)格的清理。

（4）組裝工藝改進(jìn)。對(duì)于回流焊接的溫度，進(jìn)行溫度控制。在預(yù)熱、保溫、回流、冷卻等各個(gè)階段，進(jìn)行溫度的調(diào)整。針對(duì)具體回流爐的溫度設(shè)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(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)芯片上的焊點(diǎn)和孔位，保證錫珠的對(duì)應(yīng)位置準(zhǔn)確，不發(fā)生偏移。保證絲印焊膏的焊接準(zhǔn)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(cuò)位。

四、結(jié)語

BGA焊接的焊接可靠性，是關(guān)系到電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要構(gòu)成和工藝基礎(chǔ)。因此，通過對(duì)影響B(tài)GA可靠性的因素進(jìn)行分析，能夠進(jìn)一步的完成焊接過程中的工藝改進(jìn)措施，減少返修情況，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]楊根林.SMT電子組件及焊點(diǎn)的失效判定與切片金相分析[J].現(xiàn)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(diǎn)的可靠性探索[J].電子工藝技術(shù)，2018，39（2）：88-91.