提高BGA焊接的可靠性方法与实践

李晓明 任康 焦超锋

摘 要：BGA元器件目前广泛应用于高密度电子产品中，笔者通过对BGA焊接技术的失败案例进行分析以及比较，得出提高BGA焊接技术的可靠性的方法，也从这些失败样品中总结一定的经验，提升BGA焊接技术。

关键词：BGA焊接;可靠性

现如今，随着电子信息产品日益增多，电子组装技术已成为电子制造行业关注的焦点。在电子产品中，焊点的可靠性已成为了组装技术中的重中之重。与其他封装IC器件相比，BGA器件在一定程度上缩短了器件的尺寸，节省了其占用空间，增加了更多的引线，使其电性能强于之前的几倍。I/O接口的高密度、优秀的散热性能都是BGA技术的优点。

1 BGA失败样品分析

对国内某样品中的A、B、C三个焊盘掉落元器件进行染色分析，见右图，元件A、元件B中都有黑焊盘。其中，元件A中的黑焊盘分布于元器件焊点的周围。元件B中的黑焊盘出现在焊点的缝隙之中。国内对焊盘的设计合理性以及大小都有着一定的考量以及一定的规定，因此焊盘的直径以及焊盘的几何形状与BGA焊接的可靠性有着密不可分的关系，同时在一定程度上对其性能也有着直接或间接影响。从而可以得出一定的结论：元器件在焊接过程中PCB会出现黑色焊盘的状况，再加上外力作用，焊盘会出现一定的掉落现象，进而会导致元器件部分性能失效。因此要想提升样品质量，就必须提升BGA焊接质量以及可靠性。

2 失效样品的相关体现

在失效的样品中，焊盘的表面附着的很多物质。这些物质是黑色的，其主要的成分是镍镀层经过了氧化腐蚀导致了变色。这些物质是导致失败样品的最主要的因素之一，从而导致样品的可靠性大幅的降低。在焊接时夹杂在部分焊球未和芯片之间，导致接触不良，在一定程度上降低焊接性能。由于镍镀层可焊性差不能与焊料形成良好的金属间化合物，导致焊盘与焊球之间未形成良好的金属间化合物，最终导致元器件在受到机械应力后脱落，进而失效。焊点失效的主要原因是由其材料、焊点的具体结构和所受载荷决定的。波峰焊过程中快速的冷热变化产生的热应力与热冲击也会对焊点的可靠性产生影响。温度对其的影响也是十分显著，因此在进行BGA焊接时，一定要控制好焊接温度，进而在一定程度上减少对焊接性能的影响。在相同引脚数量的情况下，与其他IC器件相比，BGA器件組装密度高并且焊接过程具有自对中效应，因此BGA封装器件被大多生产厂家广泛使用。然而这些生产厂家仍然不愿意投资开发提高BGA器件焊接可靠性的工具及方法.在没有专用检查工具的情况下，焊接点的测试也变得相当的困难，因此更加不容易保证其质量和可靠性，BGA焊接的焊点的质量和可靠性是BGA技术在应用中的关键影响因素。因此，提高BGA焊接质量可靠性的有效方法显得相当重要，更是必然途径。BGA技术在电子信息产品被应用的极为广泛。这项技术使电子信息类相关产品更加容易携带，更加使用方便，而且其价格也更容易被大家所接受。这在一定程度上也使得电子信息产品行业的相关竞争更加激烈。虽然BGA技术存在一些弊端，但由于其使用的广泛性及背后的巨大经济效益，很多公司投入了大量的人力和财力对其缺点进行完善，从而提高BGA焊接的可靠性。

3 提高焊点可靠性的方式

提高焊点可靠性的方法包括对PCB表面涂层的选择，改变PCB表面涂层的材料的选择等。根据业界相关标准以及笔者相关经验，有机表面保护涂层的焊盘的拉伸强度高于热风整平的焊盘的拉伸强度。此外，需要在使用过程中注意PCB的传送和误印后的清洗过程。国外某知名公司通过使用填底胶的相关工艺，进而提升了焊接的强度，然而这样的方式使整个工艺流程变得更加复杂，使其成本大大的升高。因此，新工艺的研发势在必行。非阻焊限定焊盘是当前的主流设计，这种设计的主要特点是扩大阻焊层的开孔的表面面积，在焊接时焊料会填充至焊盘与阻焊膜之间的间隙，进而使焊料球和PCB焊盘间的焊接强度得到了提升。并且，此项工艺的成本也不是特别的高并且维护成本也相对而言比较低廉。未使用这项技术之前生产出来的手机，一旦经过一定次数的掉落，十分容易出现无法开机等不好的状况，然而通过使用新技术生产出来的手机可以接受跌落的次数大大高于原本的跌落次数，使样机内部元器件焊点连接的可靠性大大得到了提升。因此，选择合适的技术，不仅在效果上是优秀的，在性能上也会有足够的体现。综上这个例子就可以将其完美的展现出来。

4 结语

总的来说，目前，BGA技术虽然存在一些缺陷，但是仍然是目前社会上使用的主流技术。无论是在电子信息相关领域、计算机相关领域，BGA技术都有着巨大，不可被代替的作用，同时也有着巨大的经济效益。国家对BGA的技术的研究的研发非常重视，对相关研究单位给予大力的扶持。因此，BGA技术的深度研究的成功不是遥不可及的，通过技术人员的研究，在未来的某一天必然会得到完善，从而进一步提高BGA焊接的可靠性。

参考文献：

[1]梁德才，刘继芬，周劲松.提高BGA焊接的可靠性方法与实践[J].电子工艺技术，2008，29（3）：146-148.

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