BGA密集孔耐热性能影响因素分析

吴云鹏

（天津普林电路股份有限公司，天津 300308）

1 前言

随着电子产品不断向着“轻薄短小”发展，PCB上的器件布局集中，组装密度上升，元器件功率增加，及伴随欧盟无铅指令实施而来的无铅焊接，无疑对PCB耐热性能提出新的挑战。而BGA密集孔受热分层，会引起整个电路板电性能失效的问题，存在严重质量隐患，如图1所示。

图1 BGA密集孔分层

2 实验设计

实验以12层板为例，叠层设计如图2。

图2 实验板叠层设计

理论板厚2.3 mm±10%，BGA测试区域中心距0.8 mm，通孔孔径0.3 mm，孔边距0.5 mm，其中设计在L2、L3、L6、L7、L10、L11层设计为内层盘，其余层为绝缘环。

实验板主加工流程：

开料—内层烤料—内层图转—棕化—（烤板）—压合—钻孔—（烤板）—电镀—塞孔—外层图转—阻焊—沉镍金—测试

耐热性测试条件：

烤板120 ℃×4 h，漂锡288 ℃×10 s×3次

3 对比方案设计

实验设计主要从压合参数、棕化后烤板及钻孔后烤板进行对比实验，方案如表1。

4 实验结果

首次加工中，所有测试样品在耐热性测试中均出现分层现象，分层位置位于0.36 mm芯板中，如图3所示。所有分层位置均为0.36 mm H/H芯板玻璃纤维与树脂结合位置，分析认为缺陷产生主要原因为0.36mm芯板由7628*2压合制成，7628PP玻纤布较粗，在浸胶过程中极易出现浸胶不足现象，浸胶不足位置玻纤之间存在树脂空洞，极易出现分层现象，针对此问题，更换芯板类型，压制PP类型由7628*2更换为2116*3，相比较与PP7628，PP2116玻纤更细，有利于压合分层问题改善。采用DOE方式进行试验设计，具体设计方案如下。对试验结果判定原则：热冲击后，以BGA最外层排孔为基准，第一层孔分层相关性记为1，依次类推，研磨至第9层不分层，视为pass，相关性记为9。

图3 0.36mm H/H芯板分层

表1

由上表可以看出，最佳加工参数为A2、B2、C2组合，测试板BGA区域无分层现象，测试结果为合格。图4为缺陷产品示意图。

图4 实验结果展示

图5 不同加工参数的影响程度

表2 对比试验设计方案

表3 对比试验测试结果

表4 数据分析

由上图可以看出，对于改善BGA耐热性影响度依次为钻后烤板≥压合程式≥棕化后烤板，最佳加工参数为，棕化后烤板120 ℃×30 min，用于彻底去除水汽影响；采用A2压合程式，提高升压速率，提前打全压点，提升半固化片与芯板之间的胶联强度；钻孔后烤板150 ℃×4 h，使机械钻孔过程中芯板产生的内应力缓慢释放，避免在最终产品热冲击过程中内应力突然释放而导致的爆板分层。

5 结论

通过以上实验，针对BGA密集孔耐热性影响结论如下：

材料选择上，建议选用玻纤较细芯板，芯板玻纤建议采用2116、1080玻纤，不建议使用包含7628玻纤布的芯板；

棕化后烤板对与改善分层爆板有一定作用，但棕化后烤板存在棕化层划伤的隐患，建议增加棕化后烘烤温度，延长烘烤时间，确保水汽烘烤彻底；

压合程式上，可根据材料特性，适当提前打全压点，有利于层间气体顺利排出，提升半固化片与芯板胶联作用；

对于BGA爆板分层最主要的影响因素在于钻后烤板，在钻孔过程中，受机械外力影响，树脂与玻纤、半固化片与芯板等结合位置均受到冲击，并存在内应力残留，钻后烤板可以有效去除残留内应力，避免受热冲击时内应力突然爆发，引起分层。

以上，针对密集BGA的影响因素还有很多，如板材Tg值、填料、跳钻方式、镀铜厚度等，本文中仅对有限几种影响因素进行分析，后续还有很多工作需要深入研究

[1]黄世清等. 散热密集孔爆板分层改善探讨[C]. 秋季国际PCB技术/信息论坛, 2011,10.

[2]孟晓玲等. 浅谈高耐热环氧玻璃杯层压板制作[J].覆铜板资讯, 2007,04.