BGA焊接可靠性分析及工艺改进

李晓明 焦超锋 任康

摘 要：随着电子产品的升级，为了实现电子产品的微型化、网络化和高性能，电子产品的组装技术，需要进一步的发展。BGA焊接正是在电子产品组装中，发挥了重要的作用。然而，从实际情况来看，BGA焊接可能從多个方面，造成芯片固定管脚断裂等焊接方面的问题。本文从影响焊接可靠性因素的方面，进行BGA焊接可靠性的分析，进一步的提出BGA焊接的工艺改进措施，实现焊接质量问题的防范。

关键词：焊接技术;BGA焊接;焊接工艺

一、BGA焊接工艺简介

BGA焊接，根据焊接封装材料的区别，可以将其划分为塑胶和陶瓷两个类别。这两个类别分别为PBGA塑胶焊球、CBGA陶瓷焊球，随着技术的发展，目前也有TBGA载带型球阵列焊接。PBGA的是最为常见的BGA技术，其使用材质为焊锡球，从成本来看，成本低廉，且焊接容易，在回流焊过程中，焊球能够实现自主的校准，电学性能能够较好的实现。但是，由于封装采用塑料材质，对于环境中湿气较为敏感，容易受潮。因此，对气密性要求较高的封装焊接，不适用于PBGA。同时，焊接前普通元器件，需要在八小时内完成焊接使用，否则受潮后容易导致元器件吸附水分，元器件氧化，导致在焊接过程元器件不能充分清除氧化物，产生虚焊、假焊的缺陷。

二、影响BGA焊接可靠性的因素

（1）物料因素。BGA物料，在焊接过程中出现实效或焊接不良的情况，就会导致焊接可靠性下降。例如BGA物料焊锡球脱落，或者焊锡球出现裂纹等质量问题等。物料的因素，会导致焊接后的焊点，与芯片元件出现分离空洞。

（2）环境因素。如采用PBGA完成焊接，可能由于湿度敏感问题，导致BGA出现失效的情况。或者，在焊接环境下，静电的出现，也有可能导致出现静电击穿的情况，导致BGA焊接可靠性下降。

（3）元件因素。BGA焊接的PCB印制电路板，需要在焊接前保证真空包装。如果出现包装破损以及包装处于超期状态，则需要对元件进行返工，不能继续使用。同时PCB元件拆包之后，要在48小时内完成焊接组装。任何元件未彻底的检查、退膜不净、返修未烘板等问题，都可能造成焊盘变黑，印刷电路板铜箔表面处理有机保焊膜的颜色异常，影响焊接上锡性。

（4）表面组装工艺因素。在PCB基础上进行加工的表面组装技术，由于操作过程中的多种原因，影响焊接可靠性。例如生产炉温较低，引发焊接接触不良;焊接返修工作检查不足，返修工作未以此完成;BGA区域过孔没有塞好，丝印焊膏在焊接中，焊膏偏移引发锡珠掉入孔内，造成组件短路;准确度和用量，都会影响焊接可靠性;锡膏使用没有按照操作时间要求完成，同时搅拌不足，使用不均匀的锡膏，或者保存不当的锡膏，同样会引发焊接空洞问题。

三、BGA焊接的工艺改进措施

（1）物料管控。按照BGA物料管控制度，进行严格的管控，同时完成物料检验。对于未拆封物料，进行储存温度和湿度的控制，同时标明已拆封物料的时间。物料存储，要采用BGA物料专用的防潮柜，确保存储温度和湿度的稳定。对于已经拆封，但是暂时不使用的BGA物料，要重新进行真空包装。尤其需要关注的是焊膏的管控。焊膏的颗粒会影响BGA的焊脚，因此，一是要保证焊膏的选择，二是要控制焊膏的存储。焊膏选择要结合BGA焊接的焊脚微小程度，确保低于45mm。焊膏存储需要在冷藏恒温环境存储，温度要在3℃～10℃之间，使用时，要在室温下回温6小时。另外，焊膏使用前要完成搅拌，搅拌转速要达到1000转到1200转每分钟，搅拌3分钟，确保锡膏状态为流动状，拿起搅拌刀时，缓慢的下落，并呈现线状为宜。

（2）环境控制。对于环境的控制是BGA焊接工艺中，最为基础的工艺改进部分。主要包括静电防护，温度控制和湿度控制。静电防护是指焊接生产工序中，每一个工序环节，工作人员都要对元件、物料和组件等完成防静电的措施。温度控制，要确保焊接环境温度在18℃～30℃之间。湿度控制，要保证焊接环境湿度在30%～60%之间。

（3）元件管理。对电路板、芯片进行焊接前的预热，确保去除潮气的焊接影响。PBGA在焊接前，采用烘烤的方式，去除潮气。烘烤温度100℃，时间在6到8小时之间。对于焊盘、印制电路板等元件，进行焊接前的检查和清洁，对于残留的助焊剂、焊膏、保焊膜进行严格的清理。

（4）组装工艺改进。对于回流焊接的温度，进行温度控制。在预热、保温、回流、冷却等各个阶段，进行温度的调整。针对具体回流炉的温度设定条件以及不同锡膏的特性，完成温度的控制。

贴片组装过程中，准确的对应芯片上的焊点和孔位，保证锡珠的对应位置准确，不发生偏移。保证丝印焊膏的焊接准确性。焊膏黏度和焊接量都保证精确的控制，确保融化后不连焊，不空洞，不错位。

四、结语

BGA焊接的焊接可靠性，是关系到电子产品质量的重要构成和工艺基础。因此，通过对影响BGA可靠性的因素进行分析，能够进一步的完成焊接过程中的工艺改进措施，减少返修情况，实现产品质量的提升。

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