SMT贴片加工厂深入分析了BGA焊点产生空洞的原因

我公司在加工一批工业主板SMT贴片时，X-RAY检查发现BGA有空洞。而且空洞面积很大，所以在SMT贴片加工回流焊接时引起了强烈的关注。以下是SMT贴片加工厂对BGA空洞原因的深入分析，希望您能在同样的情况下为您提供一定的支持！

1、为了进一步验证BGA的空洞面积，不存在批量不达标的质量隐患。然后我拍了X-RAY的照片，比较了不同锡膏品牌制造的主板。选择SP锡膏焊接（如下左图所示）和YT锡膏焊接（如右下图所示）。

从两组照片中不难看出，无论是SP锡膏还是YT锡膏，BGA的空洞数量和面积都差不多。空洞数量在20-24（CPU总球数为264）之间，SP空洞最大面积为38.73%，YT空洞最大面积为38.00%，空洞直径为0.22mm。从空洞的分布范围来看，用两种不同品牌的锡膏焊接后，BGA空洞的位置基本相同，而超大空洞面积的几点主要集中在E14、E15、

二、原因分析：

1、在研究之前，我们首先要了解下空洞是如何产生的。

A、锡球带来的原始空洞已在锡球的制造过程中形成；B、焊层中埋孔的设计肯定会导致焊点中的一些空洞，从堵塞的埋孔中膨胀，在焊层下熔化的锡球中产生空洞。C、PCB和锡球界面附近的空洞通常是由不恰当的回流温度曲线引起的。回流焊接中助焊剂挥发，熔化焊锡固化时夹紧。D、过厚的OSP膜或焊层下的污染也可能导致页面空洞。

2、通过逐步排除的方法进行验证。

A、检查仓库BGA进料情况，均为真空防静电袋包装。目前SMT车间环境满足包装使用注意事项，拆卸环境后48小时内贴片。BGA吸湿和锡球本身空洞的概率很小，可以排除A的原因。B、在20倍显微镜下观察BGAPAD，可以清楚地看到埋孔的分布特征(如下图所示)

将我们拍摄的X-RAY焊接孔的照片与我们BGA焊接层中的埋孔位置进行比较，发现95%以上的空洞位于盲空焊接层上。从这个对比图可以看出，BGA焊接层上的埋孔是造成空洞的主要原因。

3、随着回流温度的升高，助焊剂得到缓慢挥发，而残留在埋孔中的助焊剂由于埋在锡膏底部，挥发速率相对较慢。在液相温度到来之前，助焊剂会充分挥发。一旦达到217℃，如果没有充分挥发，堵塞的埋孔化合物的膨胀就无法突破锡膏熔融状态下的张力。如果回流时间不足，很容易被熔化的焊锡夹住。

4、一般来说，大多数空洞是在回流焊点的中间到顶部（球/BGA页面）找到的。正如我所想，由于夹紧的气泡和蒸发的助焊剂在回流过程中向上运行。如果回流曲线周期不能让夹紧的空气或蒸发的助焊剂在足够的时间内运行，则在回流曲线冷却区焊锡固化时会产生空洞。因此，回流温度曲线是空洞的原因。

5、通过确认生产线PCB板的使用和进料包装，未发现异常情况。经过显微镜观察，发现个别焊接层存在颜色偏差，但与X-RAY图片相比，BGA焊接后没有空洞，可以得出非焊接层氧化或污染。

三、对策的实施和验证

1、根据分析的第二点和第三点，我们试图改进我们的回流过程指标。在调整之前，我们首先记录了原有的工艺指标（图8）。根据锡膏的特点和推荐曲线，主要改进方案是在183度前175-180度之间有足够的时间（10-15S），最高回流问题适度降低2-3℃，将原来的RSS曲线改为RTS曲线（如下图所示）

2、通过调整，最高温度从236℃降至234℃，175-180℃由原来的6S-8S升至8S-10S。加热斜率也降低，保持足够的浸湿效果。以下是调整后的X-RAY照片(图10)，空洞数量为12-19个，略低于以前。空洞面积最大的是24.4%（YT），它比以前低了14.33%，通过调整工艺指标，无论是SP还是YT，都可以减少空洞的数量和空洞面积。

四、总结

太多空洞的存在必然会对可靠性产生影响。目前业界还没有完全的结论。我个人认为空洞的出现至少对BGA的机械应力影响有很大的影响。Underfill的应用减少了这种质量的隐患。即使我们不能完全清除空洞，也有可能尽量减少。因此，在标准上设置界线是合理的。通过这次分析，我们可以看到这些空洞可以通过优化工艺指标和材料调整来减少。＜25%的需求。