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SMT貼片加工廠深入分析了BGA焊點產(chǎn)生空洞的原因

我公司在加工一批工業(yè)主板SMT貼片時，X-RAY檢查發(fā)現(xiàn)BGA有空洞。而且空洞面積很大，所以在SMT貼片加工回流焊接時引起了強(qiáng)烈的關(guān)注。以下是SMT貼片加工廠對BGA空洞原因的深入分析，希望您能在同樣的情況下為您提供一定的支持！

1、為了進(jìn)一步驗證BGA的空洞面積，不存在批量不達(dá)標(biāo)的質(zhì)量隱患。然后我拍了X-RAY的照片，比較了不同錫膏品牌制造的主板。選擇SP錫膏焊接（如下左圖所示）和YT錫膏焊接（如右下圖所示）。

從兩組照片中不難看出，無論是SP錫膏還是YT錫膏，BGA的空洞數(shù)量和面積都差不多?？斩磾?shù)量在20-24（CPU總球數(shù)為264）之間，SP空洞最大面積為38.73%，YT空洞最大面積為38.00%，空洞直徑為0.22mm。從空洞的分布范圍來看，用兩種不同品牌的錫膏焊接后，BGA空洞的位置基本相同，而超大空洞面積的幾點主要集中在E14、E15、

二、原因分析：

1、在研究之前，我們首先要了解下空洞是如何產(chǎn)生的。

A、錫球帶來的原始空洞已在錫球的制造過程中形成；B、焊層中埋孔的設(shè)計肯定會導(dǎo)致焊點中的一些空洞，從堵塞的埋孔中膨脹，在焊層下熔化的錫球中產(chǎn)生空洞。C、PCB和錫球界面附近的空洞通常是由不恰當(dāng)?shù)幕亓鳒囟惹€引起的?；亓骱附又兄竸]發(fā)，熔化焊錫固化時夾緊。D、過厚的OSP膜或焊層下的污染也可能導(dǎo)致頁面空洞。

2、通過逐步排除的方法進(jìn)行驗證。

A、檢查倉庫BGA進(jìn)料情況，均為真空防靜電袋包裝。目前SMT車間環(huán)境滿足包裝使用注意事項，拆卸環(huán)境后48小時內(nèi)貼片。BGA吸濕和錫球本身空洞的概率很小，可以排除A的原因。B、在20倍顯微鏡下觀察BGAPAD，可以清楚地看到埋孔的分布特征(如下圖所示)

將我們拍攝的X-RAY焊接孔的照片與我們BGA焊接層中的埋孔位置進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)95%以上的空洞位于盲空焊接層上。從這個對比圖可以看出，BGA焊接層上的埋孔是造成空洞的主要原因。

3、隨著回流溫度的升高，助焊劑得到緩慢揮發(fā)，而殘留在埋孔中的助焊劑由于埋在錫膏底部，揮發(fā)速率相對較慢。在液相溫度到來之前，助焊劑會充分揮發(fā)。一旦達(dá)到217℃，如果沒有充分揮發(fā)，堵塞的埋孔化合物的膨脹就無法突破錫膏熔融狀態(tài)下的張力。如果回流時間不足，很容易被熔化的焊錫夾住。

4、一般來說，大多數(shù)空洞是在回流焊點的中間到頂部（球/BGA頁面）找到的。正如我所想，由于夾緊的氣泡和蒸發(fā)的助焊劑在回流過程中向上運行。如果回流曲線周期不能讓夾緊的空氣或蒸發(fā)的助焊劑在足夠的時間內(nèi)運行，則在回流曲線冷卻區(qū)焊錫固化時會產(chǎn)生空洞。因此，回流溫度曲線是空洞的原因。

5、通過確認(rèn)生產(chǎn)線PCB板的使用和進(jìn)料包裝，未發(fā)現(xiàn)異常情況。經(jīng)過顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)個別焊接層存在顏色偏差，但與X-RAY圖片相比，BGA焊接后沒有空洞，可以得出非焊接層氧化或污染。

三、對策的實施和驗證

1、根據(jù)分析的第二點和第三點，我們試圖改進(jìn)我們的回流過程指標(biāo)。在調(diào)整之前，我們首先記錄了原有的工藝指標(biāo)（圖8）。根據(jù)錫膏的特點和推薦曲線，主要改進(jìn)方案是在183度前175-180度之間有足夠的時間（10-15S），最高回流問題適度降低2-3℃，將原來的RSS曲線改為RTS曲線（如下圖所示）

2、通過調(diào)整，最高溫度從236℃降至234℃，175-180℃由原來的6S-8S升至8S-10S。加熱斜率也降低，保持足夠的浸濕效果。以下是調(diào)整后的X-RAY照片(圖10)，空洞數(shù)量為12-19個，略低于以前?？斩疵娣e最大的是24.4%（YT），它比以前低了14.33%，通過調(diào)整工藝指標(biāo)，無論是SP還是YT，都可以減少空洞的數(shù)量和空洞面積。

四、總結(jié)

太多空洞的存在必然會對可靠性產(chǎn)生影響。目前業(yè)界還沒有完全的結(jié)論。我個人認(rèn)為空洞的出現(xiàn)至少對BGA的機(jī)械應(yīng)力影響有很大的影響。Underfill的應(yīng)用減少了這種質(zhì)量的隱患。即使我們不能完全清除空洞，也有可能盡量減少。因此，在標(biāo)準(zhǔn)上設(shè)置界線是合理的。通過這次分析，我們可以看到這些空洞可以通過優(yōu)化工藝指標(biāo)和材料調(diào)整來減少。＜25%的需求。