BGA器件焊接過程又出現問題？

引言

某型號BGA組裝過程中存在一定比例的連錫失效，且連錫的位置相對固定。

現測試分析失效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結構無明顯變形，問題BGA器件結構完好，未發現明顯異常現象。

2 CT斷層掃描分析

通過CT三維成像技術對BGA器件進行全面掃描分析，結果如下：

①連錫主要集中在器件其中一對角線的兩端；

②連錫失效對角線方向，焊點間隙明顯小于其他方向。

以上現象推測BGA在失效對角線方向變形嚴重，呈受擠壓的態勢。

圖1 CT斷層掃描結果

3 剝離分析

連錫失效BGA機械剝離后進行觀察，發現對角線邊緣位置兩處連錫現象，與X-Ray觀察結果一致。連錫部位焊錫與PCB表面呈現完全不潤濕，接觸面表現為擠壓形貌，可以排除綠油表面能異常導致連錫的可能性。

如圖2、圖3及表1-2所示，連錫焊點位置未發現異常元素，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果（wt.%）

4 剖面分析

4.1 連錫切片分析

對失效BGA切片后進行SEM/EDS分析，連錫焊點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，這種現象預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剖面成分測試結果（wt.%）

4.2 焊點高度統計分析

為了確認邊角受壓變形的程度，通過切片測量的方法，對兩對角線方向上焊點高度及焊點間隙進行數據統計，結果如下：

失效BGA：

ROW1: 整體呈現兩邊焊點高度小、中間焊點高度大的趨勢，焊點高度最小146um， 最大201.3um，相差55.3um。焊點間隙呈現邊緣小中間大的趨勢，最小50.8um，最大102.7um；

ROW2（僅一半長度對角線）: 整體呈現兩邊焊點高度小、中間焊點高度大的趨勢，焊點高度最小162.1um，最大190.9um，相差28.8um。焊點間隙呈現邊緣小中間大的趨勢，最小76.1um，最大118um。

焊點高度的降低是導致連錫失效的最為直接的原因。

圖5 失效BGA切片位置及焊點高度、焊點間隙統計圖

5 翹曲分析

為了確認物料在回流過程中對角線方向發生變形的程度，利用Shadow moiré設備，對的動態翹曲進行測試。

PCB：兩個整體都呈現凸變形，最大變形都發現在1-3對角線（失效對角線）上，分別發生在加熱階段的150℃和180℃，變形量為28um和24um。

BGA：兩個整體都呈現凸變形，（錫球朝下放置時候，器件整體呈凹變形），最大變形都發現在2-4對角線上，分別發生在冷卻階段的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：整體呈現凹變形，且1-3對角線變形更為顯著，與實際切片結果一致。

動態翹曲測試結果顯示，PCBA半成品焊接過程中整體發生凹變形，且失效對角線方向凹變形更為明顯，與焊接后實際變形趨勢一致。

結論

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

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