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BGA封装常见典型不良
前天 09:11   浏览:79   来源:小萍子
BGA封装技术虽然先进且高性能,但在制造、组装和服役过程中也存在一些典型的不良模式。以下是BGA封装常见的典型不良及其成因、检测与预防措施的详细梳理。

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一、 焊接相关不良(最常见)

这类不良主要发生在SMT组装回流焊过程中或之后。

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虚焊/开路

  • 现象: 焊球与焊盘未形成良好的冶金结合,电气连接开路或间歇性导通。

  • 成因

  1. 焊盘氧化或污染: PCB焊盘或元件焊球氧化、沾污(如手指油污)。

  2. 共面性差: PCB变形或BGA基板翘曲,导致部分焊球未接触焊盘。

  3. 回流温度不足: 峰值温度过低或液相线以上时间不足,焊料未充分熔化。

  4. 焊膏印刷缺陷: 对应焊盘上未印上焊膏。

  • 检测: 电性能测试(飞针/测试座)失败,X-Ray可见焊球形状异常但未坍塌,声学扫描显微镜能看到界面分离。

桥接/短路

  • 现象: 相邻两个或多个焊球之间被焊料连接,造成电气短路。

  • 成因

  1. 焊膏印刷不良: 焊膏量过多、塌陷或印刷偏移。

  2. 焊球间距过小: 设计本身间距(Pitch)太小。

  3. 回流焊参数不当: 升温速率过快导致焊膏飞溅,或热风流速过高吹动熔融焊料。

  4. 焊盘设计不合理: 阻焊层定义不准确,无法有效限制焊料流动。

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冷焊

    • 现象: 焊点表面粗糙、无光泽,呈颗粒状。机械强度弱,可靠性差。

    • 成因: 回流焊温度曲线不佳,通常是峰值温度刚好在液相线附近,或回流时间太短,焊料未能良好熔融合并。

    • 检测: 外观无法直接观察,需借助X-Ray(焊球形状不规则)或切片分析(界面IMC层不连续)。

枕头效应

  • 现象: BGA焊球与PCB焊盘上的焊膏分别熔化,但未能融合在一起,中间被氧化膜隔开,形似一个枕头。

  • 成因

  1. 元件或PCB受潮: 回流时水分急剧挥发产生蒸汽,将元件抬起。

  2. 回流曲线问题: 预热区升温过快,焊膏助焊剂提前消耗殆尽,导致焊球氧化层无法被去除。

  3. 元件变形: 在回流过程中发生翘曲。

检测: 电测试可能通过也可能失效(接触不良),X-Ray下焊球轮廓可见但未坍塌,是隐蔽性极强的缺陷

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焊料空洞

  • 现象: 焊点内部存在气泡或空隙。

    成因

       1,焊膏中的助焊剂或溶剂挥发气体被截留。

       2,元件或PCB焊盘上的镀层(如ENIG)问题导致“黑盘现象”,产生剧烈排气。

       3,回流焊排气不畅。

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    二,结构/材料相关不良

    三,可靠性相关不良(使用后发生)


  • 电迁移

    • 现象: 在高电流密度(>10^4 A/cm²)下,电子风推动金属原子定向迁移,导致阳极出现空洞(最终开路),阴极出现小丘/锡须(可能导致短路)。

    • 影响: 在先进封装、小尺寸焊点、高功率器件中风险增加。

    • 检测: 需要专门的可靠性测试和SEM分析。

锡须生长

    • 现象: 从纯锡或高锡合金焊球表面生长出细长的锡晶须。(机理和预防见上一轮专题讨论)

    • 危害: 可能造成相邻焊球桥接短路。

    • 检测: 高倍光学显微镜或SEM。

焊点疲劳断裂

    • 现象: 在温度循环或功率循环下,由于CTE不匹配,焊点反复受到剪切应力,最终在焊料内部IMC界面处产生裂纹并扩展,导致开路。

    • 位置: 通常发生在最外侧、角部的焊点,因为距离中性点最远,应变最大。

    • 检测: 声学扫描显微镜或切片分析可见裂纹。

“黑盘”现象

    • 现象: 特指使用ENIG表面处理的焊盘上,由于化学镀镍金工艺不当,在镍层表面产生富磷层或过度腐蚀,导致镍层脆化、可焊性极差。

    • 危害: 焊接后焊点界面强度极弱,易发生脆性断裂,且常伴随大量空洞。

      检测: 切片后做SEM/EDS分析,可见NiP层异常和脆弱的IMC层。

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      焊球缺失
    • 现象: BGA元件上个别焊球在贴装前就已丢失。

    • 成因: 元件运输、搬运不当;包装方式不合理;或元件制造商生产缺陷。

    • 检测: 光学检测或X-Ray可轻易发现。

基板翘曲

    • 现象: BGA封装本身的基板(Substrate)发生弯曲变形。

    • 成因: 基板材料(通常是BT树脂或ABF)与硅芯片、塑封料的热膨胀系数不匹配,在回流焊高温或温度循环中产生应力导致变形。

    • 危害: 导致共面性差,引起枕头效应、虚焊等焊接问题。

    • 检测: 3D X-Ray或光学共面性检测仪。

    • 影响: 小空洞通常不影响电气性能,但会削弱机械强度和热传导性能。大空洞或位于电流路径/界面处的空洞危害大。

    • 检测: X-Ray下清晰可见黑色圆点(空洞)。



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