我司在進行一批工業(yè)主板SMT貼片加工時，X-RAY檢測過程中發(fā)現(xiàn)BGA有空洞現(xiàn)象（如下圖）。而且空洞面積很大，于是引發(fā)對SMT貼片加工回流焊接過程中對空洞的強烈關(guān)注。接下來就由SMT貼片加工廠為大家全面分析BGA形成空洞的原因，希望你們遇到同樣的情況時，能為您帶來一定的幫助！

一、為了進一步驗證BGA的空洞面積大小問題，是否存在批量不達標的品質(zhì)隱患，接著又拍了X-RAY圖片，并對采用不同錫膏品牌生產(chǎn)的主板進行了對比。采用SP錫膏焊接（如下左圖），采用YT錫膏焊接（如右下圖）。

                                      BGA Void                                                                                                          Void Area

從兩組圖片我們不難看出，不管SP錫膏還是YT錫膏，BGA存在的空洞數(shù)量和面積都相差不多，空洞數(shù)量在20-24個之間（CPU總球數(shù)為264個），SP空洞最大面積38.73%，YT空洞最大面積38.00%，空洞直徑0.22MM。從空洞的分布范圍來看，使用兩種不同品牌的錫膏焊接后，BGA空洞存在的位置基本相同，而空洞面積超大的幾個點也主要集中在：E14，E15，K14，M4，O7，O8，P7位置，見下圖。

二、原因分析：

1、在分析之前我們先了解下空洞是如何產(chǎn)生的。

A、從錫球中帶來的原有空洞，在錫球的制造工藝中已經(jīng)形成；B、焊盤中的盲孔的設(shè)計肯定會造成焊接點中的一些空洞，來從堵塞的通孔的空氣膨脹，在焊盤下熔化的錫球內(nèi)形成空洞。C、PCB與錫球界面附近的空洞通常是由不適當?shù)幕亓鳒囟惹€造成的，在回流焊接中助焊劑蒸發(fā)，在熔化的焊錫固化期間被夾陷所引起。  D、OSP膜過厚或焊盤下的污染也可能造成界面的空洞。

2、通過逐步排除的方法來進行驗證。

A、查看倉庫BGA來料情況，全部為真空防靜電袋包裝，現(xiàn)有SMT車間環(huán)境滿足包裝上的使用注意事項，拆封條件下滿足48小時內(nèi)貼裝，BGA吸濕和錫球本身有空洞的可能性很小，可以排除A項原因。B、在20倍顯微鏡下觀察BGA PAD，我們可以明顯的看到盲孔的分布情況（如下圖）

把我們所拍到的X-RAY焊接空洞圖片與我們BGA焊盤中的盲孔位置進行比對，發(fā)現(xiàn)95%以上空洞產(chǎn)生的位置都在有盲空的焊盤上，從此對比圖可以得出BGA焊盤上的盲孔是空洞產(chǎn)生的主要原因。（圖下圖）

                                   空洞分布圖                                                                                                        盲孔分布圖

3、隨著回流溫度的的爬升，助焊劑得到慢慢揮發(fā)，而殘留于盲孔中的助焊劑因為埋在錫膏底部，揮發(fā)速度相對比較慢，在液相線溫度到來之前，讓助焊劑充分揮發(fā)，一旦到達217℃，如果過沒有充分揮發(fā)，來自堵塞的通孔的化合物的膨脹，不能沖破錫膏熔融狀態(tài)下的張力，假如回流時間不足很容易會被熔化的焊錫固化期間被夾住，在主要原因不能改善的情況下，回流工藝曲線參數(shù)的優(yōu)化，就顯得尤為重要。

4、通常，大多數(shù)空洞是在已回流焊接點的中部到頂部(球/BGA的界面)發(fā)現(xiàn)的。這正如所料，因為夾陷的空氣泡和蒸發(fā)的助焊劑在回流期間是往上跑的。如果回流曲線周期不允許足夠的時間讓受夾陷的空氣或蒸發(fā)的助焊劑跑出來，空洞就會在回流曲線的冷卻區(qū)焊錫固化的時候形成。因此，回流溫度曲線是空洞形成的原因。

5、通過對產(chǎn)線PCB板使用狀況的確認和來料包裝的確認，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，經(jīng)過顯微鏡的的觀察，發(fā)現(xiàn)有個別焊盤存在顏色誤差，但與X-RAY圖片對比后，并不產(chǎn)生BGA焊接后的空洞，可以得出并非焊盤氧化或受污染。

三、對策實施與驗證

1、根據(jù)分析的第二和第三點，我們嘗試優(yōu)化我們的回流工藝參數(shù)來改善，調(diào)整之前我們先記錄了原有的工藝參數(shù)（圖8），根據(jù)錫膏特性與推薦曲線，主要的改善方案是在于達到183度之前的175-180度之間要有足夠的時間（10-15S），最高回流問題適當下調(diào)2-3℃，改變原來采用的RSS曲線為RTS曲線。（如下圖）

2、通過調(diào)整，最高溫度從236℃降低到了234℃，175-180℃的時間從原來的6S-8S提升到8S-10S。升溫斜率也下降了，保持足夠的潤濕效果。下面是調(diào)整后X-RAY圖片（圖10），空洞數(shù)量12-19個，比原來略有減少，空洞面積最大的一個為24.4%（YT），比原先減少了14.33%，通過工藝參數(shù)的調(diào)整不管是SP還是YT都能減少空洞數(shù)量和空洞面積。

                           （SP X-RAY）                                                                                                       （YT X-RAY）

四、總結(jié)

過多過大的空洞存在對可靠性必然有影響，影響到底有多大目前業(yè)內(nèi)還沒有一個完全的定論，個人認為空洞的存在至少對于BGA抗機械應力沖擊是有比較大影響的，Underfill的使用緩解了這一品質(zhì)的隱患，即使我們不能完全消除空洞但將它減到最小是可能的，所以在接受標準上設(shè)定一個界限是合理的，通過本次分析我們看到這些空洞可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)和材料的調(diào)整來減少空洞的發(fā)生，使用明智的工藝參數(shù)可以滿足空洞面積比＜25%的要求?！?/span>

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