在电路板调试过程中，会出现“BGA器件受外力压时有信号，否则没有信号”的现象，称为“虚焊”。通过对这一典型缺陷产生原因的分析，本文认为焊接温度曲线、焊膏用量、器件和PCB焊盘的表面状况以及PCB的设计对“虚拟焊接”的产生有很大影响。在此基础上，提出了相应的控制措施，使表面组装焊点缺陷很少甚至为零，从而保证了产品的长期可靠性。

1.前言

球栅阵列器件BGA极大地提高了印刷电路板的组装密度，应用越来越广泛。几种常用的BGA器件包括PBGA、CBGA、TBGA等。随着BGA器件的不断发展，微BGA得到了发展和应用，包括uBGA和CSP。其封装尺寸最多比芯片尺寸大20%，最小焊球为0.3mm，最小焊球间距为0.5mm，目前随着印刷电路板集成度的提高，芯片级封装器件的应用会越来越多。此外，由于BGA焊点，的特殊性，其焊点检测只能在X光，的帮助下完成，一旦有缺陷，修复起来会很麻烦，不仅降低了生产效率，增加了生产成本，而且不能保证产品质量，因此对表面组装技术提出了更高的要求。

2.焊点华大基因“虚拟焊接”的原因分析

2.1“虚焊”现象及其X光形态

调试产品时，会出现“BGA器件受外力压有信号，否则就没有信号”的现象。我们认为这是典型的“虚焊”现象，也是行业普遍存在的问题。

根据焊点，的外观，焊点BGA的验收标准在IPC-A-D中定义如下：首选BGA由X光，测试，焊点光滑，边界清晰，没有空隙；所有焊点都具有相同的直径、体积、灰度和对比度，并且位置准确，没有偏移或扭曲，也没有焊球，如图1所示。

实际经验表明，虚拟焊接焊点的形状不规则或圆周不光滑或焊点的尺寸小，如图2所示。

2.2“虚拟焊接”的原因分析

通过分析实际生产中存在的问题，认为“虚焊”的可能原因如下。

2.2.1焊球和焊盘的表面氧化

如果器件的焊球被氧化或PCB的焊盘被氧化，韩国材料很难与焊盘形成牢固的冶金结合，从而无法提供连续可靠的电性能，即“虚焊”现象。

2.2.2焊点裂纹

如果BGA焊点在界面处出现裂纹，导致力学和电学性能失效，我们也称之为“虚焊”。BGA的焊点裂纹主要是由于PCB基板与元器件的基本膨胀系数不匹配造成的(FR4的CTE为18ppm/，硅片的CTE为2.8ppm/)，焊点中存在残余应力，研究表明，BGA焊点(无论是SnPb还是snagcu焊点)的裂纹大多出现在器件的焊球与基板之间，即封装侧，裂纹非常靠近封装侧的金属间化合物。软件模拟与实验结果一致。个人认为，这个结论在一定程度上暴露了设备本身的质量问题。图3和4是BGA焊点，的金相分析图和光学检查图，并且裂纹出现在器件的上端。按照IPC-A-D，只要裂纹底部没有渗入焊点影响电气和机械性能，就可以判定为合格。但如果焊点有裂纹，可能暂时不会影响整机的电气性能。但在高低温循环或冲击的载荷下，裂纹会进一步扩展，使焊点断裂，导致整机失效。因此，在张总，的实际生产中寻找，特别是军工产品，BGA焊点是不允许开裂的。

2.2.3冷焊点

在回流阶段，如果高于液相线的焊料温度太低，并且焊料和焊球没有完全结合在一起，然后进入冷却区，则出现冷焊点。这种焊点表面粗糙，长期可靠性差，容易导致焊点失效，形成“虚焊”。

2.2.4其他

主要体现在PCB设计和PCB制造上。如果BGA焊盘与过孔之间的阻焊膜质量不达标或被破坏，或者过孔被设计在焊盘下方，焊膏受热时很容易流入过孔，使整个BGA器件的焊球不共面，成为“虚焊”的隐患。

3.改进措施

3.1设备的保存和预处理

BGA器件是对湿度高度敏感的器件(尤其是PBGA)，所以BGA必须在恒温干燥的条件下储存。一般来说，BGA的理想储存环境是20~25，湿度小于10%RH。该表显示了组件的湿度敏感分类，表明了组装过程中一旦密封包装打开，组件必须用于安装和焊接的相应时间。一般来说，BGA属于5级以上。

但就我们的生产工艺来说，组件开箱后无法在相应时间内安装焊接。为了使元器件具有更好的可焊性，避免吸湿后温度过高造成的“爆米花”现象，需要对BGA器件进行烘烤。烘烤温度一般为，相对湿度60%RH(氮气保护)，烘烤时间如下表所示

3.2焊膏量

为了获得良好的印刷效果，生产中使用新鲜的焊膏，搅拌均匀、印刷位置准确是形成良好焊点的前提。同时，为了保证BGA焊点的焊接质量和长期可靠性，焊膏的用量也是一个重要因素。但是，模板的厚度和开口尺寸应符合以下要求，才能获得良好的脱模效果。

引脚宽度开口尺寸/模板厚度1.5

开口面积/侧面面积0.66

3.3焊接温度曲线

热分对流再焊接的温度曲线由预热、保温、回流和冷却四部分组成。预热区的作用是预热印刷电路板，保温区的作用是进一步加热印刷电路板，活化焊膏中的助焊剂，去除氯化物，使焊膏在焊盘上铺开，同时，为了尽量减小印刷电路板上各点的温差，在回流区熔化焊膏，焊接SMD，产生冶金反应，形成可靠的连接，冷却区使焊点快速凝固，形成焊点。任何不合理的温度设置都会导致焊点不良。对于BGA焊点，边缘与中心焊球的温差T是影响焊点质量的关键因素。如果温差较大，内部焊球不会完全熔化，容易出现“虚焊”。因此，在进入回流区之前，T应尽可能小，最好在5以内，以保证所有焊点同时进入熔断状态；高于液相线的时间是合理的，不应太长或太短。最好有一个“平顶”，在保证所有焊球T尽可能小的同时，能使焊球充分熔化，形成可靠的冶金连接。

冷却速度也是影响焊点质量的一个重要因素。如果冷却速度过快，会形成干扰焊点，导致焊点出现裂纹。如果冷却速度太慢，焊点表面会比较粗糙，晶粒尺寸会比较粗大，可靠性差。

应根据不同的PCB厚度、组装密度和器件特性制作不同的温度曲线。

3.4气相焊接

对于一些特殊产品，尤其是军工产品，随着集成度和布线密度的提高，印制板的数量增加，这种“功能强大”的印制板热容量大。此时热风对流回流焊似乎有点不充分，因为同一印制板上不同地方的器件温差比较大，会出现过热或过冷。并且当温度曲线需要改变时，热风对流系统需要较长的转换时间才能达到稳定状态。而汽相回流焊没有这些问题，不需要调整温度曲线，印刷电路板的最高温度相当于所用液体的沸点，更适合大热容元器件的焊接。

3.5可制造性分析

利用Valor软件可以分析设计图纸的可制造性，使设计和生产很好的衔接，同时可以优化工艺，使制造更加科学合理，从而提高成品率。

4.BGA修复

BGA焊点有两种修复方法“虚拟焊接”。

4.1无损修复

针对这种“BG器件受外力压时有信号，否则没有信号”的典型现象，我们认为可能是少数焊点成型不良，存在缺陷。因此，从器件外围注入焊剂，然后重熔。这种方法有时会使上述“虚焊”现象消失，能够满足电气性能的要求。

4.2破坏性修理

通常的修复方法是通过加热去除“虚拟焊接”的BGA器件，然后植球或焊接新器件

以上两种修复流程一般在BGA修复站完成。但是如果维修站的加热系统不能准确充分的加热，就需要回流焊炉来完成维修，但是付出的代价是整个板上的所有器件再次受到热冲击，可能会对一些器件造成损坏。总之，维修后产品质量可能无法完全保证。

5.摘要

总之，BGA器件的焊接工艺比普通的表面贴装器件复杂，影响焊点质量的因素很多。通过对典型“虚拟焊接”缺陷产生原因的分析，认为焊接温度曲线、焊膏用量、器件和印制板焊盘表面状况、印制板设计等因素对“虚拟焊接”的产生有很大影响。随着电路设计的集成化，PCB的组装密度会更高，使用更多的uBGA和CSP。因此，在未来的实际生产中，我们应该从上述改进方法入手，综合考虑各种因素，严格控制装配工艺，追求零缺陷、不返工的最终目标。