BGA焊点失效因素及改善

BGA焊点失效与承垫坑裂
由于无铅焊接的强热造成板材树脂已处于α2软弱的橡胶态，再加上BGA封装载板顶部内硅晶片的CTE只有3-4Pppm/℃，且在强热中载板本身XY的CTE达15ppm/℃之际，其两者之差异会迫使BGA载板会发生凹形上翘（Concave Warpage）。

于是此种BGA四个角落向上的拉力，经常会酿成不同的灾难，也就是垂直拉拔中会呈现不同的失效模式（Failure Mode）:
图10 大型BGA无铅回焊的强热中，其载板（Substrate在XY之CTE约14-15ppm/℃）将因矽芯片的CTE太小（3-4ppm/℃）而呈现上凹现象。

此时会将外线的有铅锡球拉而消除其应力，无铅球则因刚性较大而容易出现断头或断脚的危机（注意此图为室温回复后的外观）。

图12 左图为强热中已发生的坑裂，但于降温后又使得基材回缩到原状，然而却出现无法愈合的开裂情形，右图为红墨水试验后所见到的铜垫上附着的基材，也就是坑裂最明显的证明。

所幸BGA于无铅焊接中均未出现上述故障者，则刚性较明显与硬度较大的无铅锡球，当强热使载板朝上用力扯拉中，会直接将力量传达给球脚的顶部与底部而发生断头与断脚，甚至有可能将PCB承垫底部的树脂连根拔起斜向拉裂。

事实上事后用红墨水试验法（Dye and Pry）即可判断其等板材是否有裂缝存在。

图14 左图说明无铅回焊之上风温比下风温高出50℃中，另将使得PCB呈现隆起现象，也更造成了BGA角球被拉长扯裂的应力。

右图说明板面所贴装较大型之电容器时，由于其CTE与PCB的CTE相差很大，且在α2板材变软下，其拉扯的应力，也经常会将板材斜向局部拉裂。

改善行动
全新定义的“承垫坑裂”（Pad Crater）是2006年3月由Intel论坛的一位Gary Shade首先提出，之后Intel另一位Gary Long又于2006年10月深圳所举办的IPC/CPCA论坛中再度加以陈述，并组织了业界共同研究的单位，其中IT知名大厂Intel、Cisco、Jabil、Sun、IBM、Foxconn（鸿海）、Dell、Lenovo（联想）、Merix、Apple、Isola、Celestica、Henkel、Dage均已参与，该WG之工作目标将锁定在：
至于目前可行性的实际改善办法约有：
1. 取消大型BGA四个角落的各三颗球脚，或布置无功能的假球脚与假承垫。

2. 高阶产品可在BGA腹底充填Underfill。

3. 小型BGA或CSP可在四角之外缘点着角胶（Cornerfill or Coner Glue）。

4. 针对BGA四个角落的球脚承垫，采绿漆上垫（Solder Mask Defined Land）的做法以强化承垫在板面的固着力。

5. 将四个角落的1个或3个承垫（甚至无功能者）加大其直径，使在强热中具有更好的抓地力。