BGA不良分析、改善报告

锡膏使用管理规定
小结
对BGA、PCB、锡膏的来料质量的严格把控，对提升 BGA上线合格率有很大帮助。须确保以下三点：
1.选择高端的有质量保证的供应商； 2.对来料要进行必要的检验，保证上线质量； 3.BGA、PCB板、锡膏来料储存、使用要符合工艺要
求。
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2.SMT制程控制
在SMT制程中导致BGA失效的工艺环节和原因 很多，比如ESD、钢网开孔、锡膏印刷、贴片、 回流焊接、炉温板制作等等，要想降低SMT制 程中BGA的失效，需要在多方面进行全面控制。
●浸润阶段 这一阶段助焊剂开始挥发。温度在150℃~ 180℃之间
应保持70~90 秒，以便助焊剂能够充分发挥其作用。
●回流阶段 这一阶段的温度已经超过焊膏的熔点温度，焊膏熔化
成液体，元器件引脚上锡。该阶段中温度在220℃以上 的时间应控制在50 ~ 90 秒之间。如果时间太少或过 长都会造成焊接的质量问题。BGA焊点峰值温度应该 控制在240~250 ℃。 ●冷却阶段 这一阶段焊膏开始凝固，元器件被固定在线路板上。 同样的是降温的速度也不能够过快，一般控制在4℃/ 秒 以下，较理想的降温速度为3℃/秒。由于过快的降 温速度会造成线路板产生冷变形，它会引起BGA焊接 的质量问题，特别是BGA外圈引脚的虚焊。
二、计划&生产管控 1. OSP PCB生产必须于拆封后24小时内完成SMT，生管计划根据SMT的
工时排线,不得超过规定时限。 2. 计划把握进料状况. 料齐后才可以安排上线。 3. BGA一般布置在PCB的B面，先生产完A面后，B面有机防护膜被高温破
坏，所以，计划需要保证生产连续性，要求A面生产后，B面生产时间 间隔不超过24小时。 4. OSP工艺PCB一般不要烘烤；如果回潮必须要烘烤，条件：100℃，4h。 5. 生产时不能一次拆很多包，使用完一包再拆一包； 6. 禁止裸手接触PCB板内元件焊盘。 7. 拆包前检查包装是否破裂，确认PCB焊盘是否变色，如果变形，需要 退回仓库，待供应商重工处理。
BGA焊接后Ball与本体PCB板分离在一定程度上与BGA本 体的质量不良有很大关系。 下图：
b.BGA物料管控
导致BGA本身失效的原因可以大致分为 两类:
静电击穿和因MSD(潮湿敏感)原因失 效两类。
所以在使用前及使用过程中要有相应的 防护措施。
BGA物料储存防护措施
1） BGA 拆封与储存 （1） 真空包装未拆封之 BGA 须储存于温度低于 30°C，相对湿度小于75%的环境，使用期限为一年。 （2） 真空包装已拆封的 BGA 须标明拆封时间， 未上线的BGA，储存于防潮柜中，储存条件≦25°C、 20%RH。 （3） 若已拆封BGA但未上线使用或余料，必须储 存于防潮箱内(条件≦25℃,20%R.H.) ，尽量抽真空包 装方式储存。
为保证BGA焊接良好，选择加工能力强的PCB板 供应商是须要的。
d.锡膏选择及使用管控
锡膏的优劣也是影响BGA焊接的一个重 要因素，选择锡膏常考虑以下几个方面： 良好的印刷性、可焊性和低残留物。
右图是锡膏残留物过 多，会引发不良：
锡粉颗粒的直径选择也很重要，我们在选择 时要从各方面因素综合考虑。由于BGA的引脚 间较小，丝网模板开孔较小，所以我们采用 直径为45mm以下的焊膏（3或4号粉）。
2、CBGA（CERAMIC BGA）陶瓷封装BGA 其优点是： ①封装组件的可靠性高。 ②共面性好，焊点形成容易，但焊点不平行度交差。 ③对湿气不敏感。 ④封装密度高。 其缺点是： ①由于热膨胀系数不同，和环氧板的热匹配差，焊点
疲劳是主要的失效形式。 ②焊球在封装体边缘对准困难。 ③封装成本高。
BGA不良分析、改善报告
华阳通用SMT部：史泓基 2010.10
目录
一.概述 跳转 二.BGA上线质量情况简介 跳转 三.导致BGA不良的各种原因分析、以及
对应预防措施 跳转 四.典型不良案例分析 跳转 五.双面BGA设计注意事项
一.概述
当前BGA（Ball Grid Array球栅阵列封装)在电子产品中已有广 泛的应用，在我司实际生产应用中，由于物料不良、制程管控、 返修难度高等因素，导致BGA器件失效率高，严重影响产品质 量，甚至影响我司高端产品开发进度。如何提升BGA质量，已经 成为当前PCBA质量改进中首要课题。
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1.BGA、PCB板来料质量控制
a.BGA来料质量控制
BGA机器本身的失效或不良是导致焊接 不良的一个潜在危害。
右图是未焊接使用的BGA图片，焊球内 部存在裂缝缺陷。这种裂缝将可能引起 焊球与BGA本体PCB之间形成假焊。 这种问题，在不良分析中往往容易忽 视，或找不出不良原因。
来料检验部门有必要对来料进行抽样， 在显微镜下检验确认。
再次，不要给使用24H之后的焊锡膏添加稀湿剂.因为使用过24小时的焊 锡膏里的助焊剂挥发，不能有效去除BGA ball、PCB焊盘表面的氧化物， 会导致氧化物隔离在焊接层之间，导致不能形成良好的金属见化合物。 出现如“枕头效应”、假焊等不良。
最后需要强调：锡膏使用、管理要严格按照“锡膏使用管理规定”操作。
BGA通常分为三类，每类BGA都有自己独特的特点和优 缺点：
1、 PBGA（PLASTIC BALL GRID ARRAY）塑料封装BGA 其优点是： ①和环氧树脂电路板热匹配好。 ②焊球参与了回流焊接时焊点的形成，对焊球要求宽
松。 ③贴装时可以通过封装体边缘对中。 ④成本低。 ⑤电性能好。 其缺点是：对湿气敏感以及焊球面阵的密度比CBGA 低
B.器件的放置
BGA的准确贴放很大程度上取决于贴片机的精确度， 以及镜像识别系统的识别能力。SIEMENS设备均能满 足要求，唯一要确保设备状态稳定，使用feeder、吸 嘴正常，无抛料现象。
有可能某个焊球在Z方向上略小于其他焊球。为了保证 焊接的良好性，使BGA器件在安放时其焊球能够与焊 膏充分接触。减少BGA某个引脚空焊的现象。通常可 以将BGA的器件高度减去0.1~0.2mm。
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二.BGA上线质量情况简介
统计数据查阅附件：
BG A质量改善跟踪 统计
从统计情况看： 1.试产机型BGA不良率：12.9%； 2.量产机型BGA不良率：0.85% 3.PCB板不同供应商之间存在差异； 4.OSP工艺直通率高于ENIG工艺；
对BGA不良原因，我公司对BGA焊接不良原因分析较 少，缺乏必要的分析工具和材料。以下是赛宝实验室 提供数据：
本文主要针对BGA失效原因及质量提升方法进行分析，并提供相 应失效原因的解决办法，为提高含BGA元件PCBA合格率提供技 术参考。希望能为公司当前在生产制造含BGA产品中遇到的问 题，提供帮助。
BGA有不同类型，不同类型的BGA有不同的特点，只有 深入了解不同类型BGA的优缺点，才能更好地制定满 足BGA制程要求的工艺，才能更好地实现BGA的良好装 配，降低BGA的制程成本。
3、TBGA（TAPE BGA）带载BGA 其优点是： ①尽管在芯片连接中局部存在应力，当总体上同环氧
板的热匹配较好。 ②贴装是可以通过封装体边缘对准。 ③是最为经济的封装形式。 其缺点是： ①对湿气敏感。 ②对热敏感。 ③不同材料的多元回合对可靠性产生不利的影响。
实际操作建议：最好每次只发几个小时或一个班需求的物料。
受潮的元器件过回流焊时，它所附带的潮气就会汽化，会出现焊球“吹 孔”、”溅锡”、锡珠、气泡等不良，影响焊接质量。
3.接触BGA的整个过程需要采取静电防护措施。 尤其是间接不是固定岗位的作业人员（包括技术、物 料员、等等），必须禁止裸手拿料。
c.PCB板来料、使用管控：
目前含BGA的PCB板采用的工艺形式较多是 OSP（有机保焊剂）和 ENIG（化镍金）。我 公司产品对两种工艺的PCB都有使用。
两种不同工艺的PCB，因为其本身的工艺特 点，使用不当，会导致不同方式的失效。有 必要分别予以详细介绍。
业界对含BGA PCB工艺选用情况：
BGA开裂占： 19%（BGA本身可焊性）
PCB上锡不良：17%（PCB焊盘氧化、污染、分层、漏 电、腐蚀等）
焊点开裂占： 16%（贴装工艺、热撕裂、空洞、虚焊、 其他原因如：ESD、MSD、设计等等占48%
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三.导致BGA不良的各种原因分析、以及对 应预防措施
导致BGA不良的原因较多，根据前面的数据统 计，主要影响因素依次是： 1.物料来料质量（BGA物料、 PCB板、锡膏）、储 存环境 2. SMT制程控制 3.PCB pad设计 4.人员操作、ESD等其他因素
焊锡膏使用注意事项
首先，要保证所有的焊锡膏在6个月已内，超过6个月的焊锡膏严格意义 上说是不能够使用了.这是严谨的，不要抱着侥幸的心理.
其次，焊锡膏使用前一定要在常温下回温4-8H。不能为了加快生产，焊 锡膏没有回温到规定的时间就是用，结果出来的PCB都有假焊的现象， 并且回流后焊球内产生大量的气泡。
C.回流焊接要求
回流焊接是BGA装配过程中最难控制的步骤。因此获 得较佳的回流曲线是得到BGA良好焊接的关键所在。
●预热阶段 在这一段时间内使PCB均匀受热升温，并刺激助焊剂活
跃。一般升温的速度不要过快，Байду номын сангаас止线路板受热过快 而产生较大的变形。尽量将升温速度控制在3℃/秒以 下，较理想的升温速度为2℃/秒。时间控制在60 ~ 90 秒之间。
左图是ENIG工艺PCB焊盘NI层 存在裂纹，当有裂纹存在时， 镍层的表面致密性差，后续浸 金工艺中的酸液容易残留其 中，致使NI层腐蚀氧化，导致 焊盘的可焊性不好。由于焊盘 的可焊性较差才导致焊盘与焊 料之间润湿不良，不能形成良 好的金属间化合物层。出现： “黑焊盘”、不浸润等不良现象。
ENIG工艺PCB焊盘原因不良图片：