BGA焊点失效性分析

〔Ａbstract〕:The acceptable criterions, solder defects and reliability of BGA solder joint are discussed here. Es-pecially a disputed defect behave, void,will be analuzed detailed. Some sugge
stions of improving BGA soldetjoint quality will be also put forward.
BGA器件的应用越来越广泛，现在很多新产品设计时大量地应用这种器件，由于众所周知的原因,ＢＧＡ的焊接后焊点的质量和可靠性如何是令很多设计开发人员、组装加工人员
颇为头痛的问题。由于无法用常规的目视检查ＢＧＡ焊点的质量，在调试电路板发现故障时，他们经常会怀疑是ＢＧＡ的焊接质量问题或ＢＧＡ本身芯片的原因，那么究竟什么
样的ＢＧＡ焊点是合格的，什么样的缺陷会导致焊点失效或引起可靠性问题可靠性问题呢？本文将就ＢＧＡ焊点的接收标准、缺陷表现及可靠性等问题展开论述，特别对有争议
的一种缺陷空洞进行较为透彻的分析。
１ ＢＧＡ简介
ＢＧＡ是一种球栅陈封装的器件，它出现于２０世纪９０年代初，当时由于有引线封装的器件引脚数越来越多，引线间距越来越小，最小的器件间距已经达到0.3mm(12mil), 这对
于组装来讲，无论从可制造性或器件焊接的可靠性都已经达到了极限，出错的机会也越来越大。这时一种新型的球栅阵列封装器件出现了，相对于同样尺寸的ＱＦＰ器件，ＢＧ
Ａ能够提供多至几倍的引脚数（对于ＢＧＡ来讲其芯片下面的焊球就相当于引脚）而引脚的间距还比较大，这对于组装来讲是件好事，可以大幅度地提高焊接合格率和一次成功
率。
通常塑料封装的ＰＢＧＡ是应用在通信产品和消费产品上最多的一种器件，它的焊球成分是普通的63n/37Pb,共晶焊料。军品上有时应用陶瓷封装的ＣＢＧＡ器件，它的焊球是一
种高温的１０Ｐb/90 Sn的非共晶焊料。随着ＢＧＡ器件的不断发展，在美国和日本都开发出了更小封装的微型ＢＧＡ，其封装尺寸只比酒蟛怀玻埃ィ话惚蛔映谱?micro;
ＢＧＡ（microBGA）或ＣＳＰ，它们的焊球最小已达到0.3mm（１２mil）,焊球间距最小已达到0.5mm(12mil).实际上，对于印制板制造厂来讲，在如此小焊球间距间制作过孔是
一项难度非常高的工作。
２ ＢＧＡ焊拉质量的检查
对于ＢＧＡ来讲由于焊球在芯片的下面，焊接完成之后很难去判断其焊接质量。在没有检查设备的情况下，先目视观察最外面一圈焊的塌陷是一致，再将芯片对着光看，如果每
一排每一列都能透过光，那么可以断定没有连焊，有时尺寸大一点的焊锡也能看见。但用这种方法判断是否里面的焊点是否存在其它缺陷或焊点里面是否有空洞。要想更清楚地
判断焊点的质量，还必须使用Ｘ光焊点检查仪。传统的二维Ｘ射线直射式照相设备比较便宜，但其缺点是在ＰＣＢ板的两面的所有焊点都同时在一张照片上显影，对于在同一位
置两面都有元件的情况下，这些焊锡形成的阴影会重叠起来，分不清是哪个面的元件，如果有缺陷的话，也分不清是哪个层的问题。这样，无法满足精确地确定焊接缺陷的要求
。我们使用的ＨＰ ５ＤＸ电路板检查仪是专门用来检查焊点的Ｘ射线断层扫描检查设备。当然它不仅能够检查ＢＧＡ，电路板上所有封装的焊点它都可以检查。虽然以前人们认
为这种设备太昂贵，用来进行焊点的检查成本太高，但随着ＢＧＡ器件的应用越来越广泛，人们已经能接受这种昂贵的设备了。ＨＰ ５ＤＸ采用的是Ｘ射线断层照相，通过它可
以把焊接球分层，产生断层照相的效果。Ｘ射线断层照相的图片能够根据ＣＤＡ原始设计数据和用户设置的参数进行自动分析焊点，它实时地进行断层扫描，能够在几十秒或２
分钟之内（视电路板焊点的数量及复杂程度不同）对ＰＣＢ的两面的所有元件的所有焊点进行精确的对比分析，得出焊接合格与否的结论。为什么断层扫描的Ｘ射线照相能够得
到清晰度非常高的效果呢？这是由其工作原理决定的。ＨＰ ５ＤＸ系统的Ｘ射线是由位于设备上端的一个Ｘ射线管产生的。工作时，必须将电压从２２０Ｖ升至１６０ＫＶ，电
流为１００ mA。在高电压下产生的电子束照射到金属钨上会产生Ｘ射线。这一束Ｘ射线斜着射下来，以７６０转／秒的速度高速旋转。同时在下面还不一个闪烁器平台也以同
样的速度与Ｘ射线同步旋转。闪烁器平台实际上是一个对Ｘ光敏感的接收器。一般来讲金属，锡、铅等重金属Ｘ光不会透过，会形成深色的景象，而一般的物质则被Ｘ光穿透，
什么都看不到。Ｘ光在光源与闪烁器平台之间的某一位置上聚集，出现一个聚集平面，聚集平面上的物体或图象会在闪烁器平台上形成一个清晰的图像，但不在聚集平面上的物
体或图像在闪烁器平台上则被子虚掉了，只有一个阴影。Ｘ射线的断定层成像原理如图所示。于是对于ＰＣＢ上高度不同的焊点进行断层，想要检查某一层的焊接情况，只要将
这一层调整到聚集平面的位置，就会很清楚地将扫描结果展现出来。这个清晰的照片会由设备下面的Ｘ光照相机拍下来。