BGA器件焊接过程又出现问题？

引言

某型号BGA组装过程中存在一定比例的连锡失效，且连锡的位置相对固定。

现测试分析失效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。

测试分析

1 外观检查

失效PCBA结构无明显变形，问题BGA器件结构完好，未发现明显异常现象。

2 CT断层扫描分析

通过CT三维成像技术对BGA器件进行全面扫描分析，结果如下：

①连锡主要集中在器件其中一对角线的两端；

②连锡失效对角线方向，焊点间隙明显小于其他方向。

以上现象推测BGA在失效对角线方向变形严重，呈受挤压的态势。

图1 CT断层扫描结果

3 剥离分析

连锡失效BGA机械剥离后进行观察，发现对角线边缘位置两处连锡现象，与X-Ray观察结果一致。连锡部位焊锡与PCB表面呈现完全不润湿，接触面表现为挤压形貌，可以排除绿油表面能异常导致连锡的可能性。

如图2、图3及表1-2所示，连锡焊点位置未发现异常元素，形貌特征与图1完全一致。

图2 失效BGA剥离后照片

图3 失效BGA剥离后表面SEM图片

表1 失效BGA剥离后表面成分测试结果（wt.%）

4 剖面分析

4.1 连锡切片分析

对失效BGA切片后进行SEM/EDS分析，连锡焊点IMC生成厚度正常，说明焊接热输入正常。连锡部位焊锡与PCB阻焊膜完全接触，无空隙，这种现象预示着印刷锡膏过多或制程热变形过大。

图4 失效BGA剖面SEM图片

表2 失效BGA剖面成分测试结果（wt.%）

4.2 焊点高度统计分析

为了确认边角受压变形的程度，通过切片测量的方法，对两对角线方向上焊点高度及焊点间隙进行数据统计，结果如下：

失效BGA：

ROW1: 整体呈现两边焊点高度小、中间焊点高度大的趋势，焊点高度最小146um， 最大201.3um，相差55.3um。焊点间隙呈现边缘小中间大的趋势，最小50.8um，最大102.7um；

ROW2（仅一半长度对角线）: 整体呈现两边焊点高度小、中间焊点高度大的趋势，焊点高度最小162.1um，最大190.9um，相差28.8um。焊点间隙呈现边缘小中间大的趋势，最小76.1um，最大118um。

焊点高度的降低是导致连锡失效的最为直接的原因。

图5 失效BGA切片位置及焊点高度、焊点间隙统计图

5 翘曲分析

为了确认物料在回流过程中对角线方向发生变形的程度，利用Shadow moiré设备，对的动态翘曲进行测试。

PCB：两个整体都呈现凸变形，最大变形都发现在1-3对角线（失效对角线）上，分别发生在加热阶段的150℃和180℃，变形量为28um和24um。

BGA：两个整体都呈现凸变形，（锡球朝下放置时候，器件整体呈凹变形），最大变形都发现在2-4对角线上，分别发生在冷却阶段的222℃和加热阶段的180℃，变形量为42um和47um，本BGA器件热变形符合要求。

PCBA半成品：整体呈现凹变形，且1-3对角线变形更为显著，与实际切片结果一致。

动态翘曲测试结果显示，PCBA半成品焊接过程中整体发生凹变形，且失效对角线方向凹变形更为明显，与焊接后实际变形趋势一致。

结论

BGA在相对固定位置发生连锡的根本原因：PCBA半成品（第一面回流焊接）焊接过程中在固定对角线方向发生较大程度的凹变形，导致角落位置焊点受挤压而连锡。

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