BGA器件焊接過程又出現(xiàn)問題？

引言

某型號(hào)BGA組裝過程中存在一定比例的連錫失效，且連錫的位置相對(duì)固定。

現(xiàn)測試分析失效PCBA、BGA原物料、 PCB光板、正常PCBA及 PCBA半成品（第一面回流焊接后），查找失效原因。

測試分析

1 外觀檢查

失效PCBA結(jié)構(gòu)無明顯變形，問題BGA器件結(jié)構(gòu)完好，未發(fā)現(xiàn)明顯異常現(xiàn)象。

2 CT斷層掃描分析

通過CT三維成像技術(shù)對(duì)BGA器件進(jìn)行全面掃描分析，結(jié)果如下：

①連錫主要集中在器件其中一對(duì)角線的兩端；

②連錫失效對(duì)角線方向，焊點(diǎn)間隙明顯小于其他方向。

以上現(xiàn)象推測BGA在失效對(duì)角線方向變形嚴(yán)重，呈受擠壓的態(tài)勢。

圖1 CT斷層掃描結(jié)果

3 剝離分析

連錫失效BGA機(jī)械剝離后進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)對(duì)角線邊緣位置兩處連錫現(xiàn)象，與X-Ray觀察結(jié)果一致。連錫部位焊錫與PCB表面呈現(xiàn)完全不潤濕，接觸面表現(xiàn)為擠壓形貌，可以排除綠油表面能異常導(dǎo)致連錫的可能性。

如圖2、圖3及表1-2所示，連錫焊點(diǎn)位置未發(fā)現(xiàn)異常元素，形貌特征與圖1完全一致。

圖2 失效BGA剝離后照片

圖3 失效BGA剝離后表面SEM圖片

表1 失效BGA剝離后表面成分測試結(jié)果（wt.%）

4 剖面分析

4.1 連錫切片分析

對(duì)失效BGA切片后進(jìn)行SEM/EDS分析，連錫焊點(diǎn)IMC生成厚度正常，說明焊接熱輸入正常。連錫部位焊錫與PCB阻焊膜完全接觸，無空隙，這種現(xiàn)象預(yù)示著印刷錫膏過多或制程熱變形過大。

圖4 失效BGA剖面SEM圖片

表2 失效BGA剖面成分測試結(jié)果（wt.%）

4.2 焊點(diǎn)高度統(tǒng)計(jì)分析

為了確認(rèn)邊角受壓變形的程度，通過切片測量的方法，對(duì)兩對(duì)角線方向上焊點(diǎn)高度及焊點(diǎn)間隙進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下：

失效BGA：

ROW1: 整體呈現(xiàn)兩邊焊點(diǎn)高度小、中間焊點(diǎn)高度大的趨勢，焊點(diǎn)高度最小146um， 最大201.3um，相差55.3um。焊點(diǎn)間隙呈現(xiàn)邊緣小中間大的趨勢，最小50.8um，最大102.7um；

ROW2（僅一半長度對(duì)角線）: 整體呈現(xiàn)兩邊焊點(diǎn)高度小、中間焊點(diǎn)高度大的趨勢，焊點(diǎn)高度最小162.1um，最大190.9um，相差28.8um。焊點(diǎn)間隙呈現(xiàn)邊緣小中間大的趨勢，最小76.1um，最大118um。

焊點(diǎn)高度的降低是導(dǎo)致連錫失效的最為直接的原因。

圖5 失效BGA切片位置及焊點(diǎn)高度、焊點(diǎn)間隙統(tǒng)計(jì)圖

5 翹曲分析

為了確認(rèn)物料在回流過程中對(duì)角線方向發(fā)生變形的程度，利用Shadow moiré設(shè)備，對(duì)的動(dòng)態(tài)翹曲進(jìn)行測試。

PCB：兩個(gè)整體都呈現(xiàn)凸變形，最大變形都發(fā)現(xiàn)在1-3對(duì)角線（失效對(duì)角線）上，分別發(fā)生在加熱階段的150℃和180℃，變形量為28um和24um。

BGA：兩個(gè)整體都呈現(xiàn)凸變形，（錫球朝下放置時(shí)候，器件整體呈凹變形），最大變形都發(fā)現(xiàn)在2-4對(duì)角線上，分別發(fā)生在冷卻階段的222℃和加熱階段的180℃，變形量為42um和47um，本BGA器件熱變形符合要求。

PCBA半成品：整體呈現(xiàn)凹變形，且1-3對(duì)角線變形更為顯著，與實(shí)際切片結(jié)果一致。

動(dòng)態(tài)翹曲測試結(jié)果顯示，PCBA半成品焊接過程中整體發(fā)生凹變形，且失效對(duì)角線方向凹變形更為明顯，與焊接后實(shí)際變形趨勢一致。

結(jié)論

BGA在相對(duì)固定位置發(fā)生連錫的根本原因：PCBA半成品（第一面回流焊接）焊接過程中在固定對(duì)角線方向發(fā)生較大程度的凹變形，導(dǎo)致角落位置焊點(diǎn)受擠壓而連錫。

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