常見(jiàn)的BGA混裝工藝誤區(qū)分享

BGA混裝工藝中，存在關(guān)于鉛相擴(kuò)散不完整的誤區(qū)。隨著全球無(wú)鉛工藝的普及，大多數(shù)BGA器件已采用無(wú)鉛工藝，但由于特殊需求部分企業(yè)仍使用有鉛制程進(jìn)行焊接。對(duì)于不涉及BGA器件的產(chǎn)品，其工藝可以完全按照有鉛工藝進(jìn)行操作。只有含有無(wú)鉛BGA的有鉛制程才屬于真正的混裝工藝。對(duì)此，業(yè)界存在不同的觀點(diǎn)。

觀點(diǎn)1：更換錫球派（SJ派）
此觀點(diǎn)認(rèn)為在無(wú)鉛BGA用于有鉛工藝時(shí)必須更換錫球，即清除原有的無(wú)鉛錫球，替換為有鉛錫球，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)那鍧嵑笤偈褂谩?/p>

這種觀點(diǎn)的好處是可以徹底執(zhí)行
有鉛工藝，但也存在不利因素：
1)清除無(wú)鉛錫球并植入有鉛錫球會(huì)造成兩次熱沖擊，影響器件的壽命；
2)除球過(guò)程中可能導(dǎo)致BGA焊盤的脫落或損壞；
3)現(xiàn)在BGA器件的錫球數(shù)量極多，更換錫球會(huì)增加植球的不良率；如果是手工植球，則會(huì)耗時(shí)耗力。更糟的是，如果某個(gè)球的植球存在缺陷，而沒(méi)有有效的BGA器件測(cè)試工具，則會(huì)增加焊的接困擾。

觀點(diǎn)2：不更換錫球派（XJ派）
XJ派觀點(diǎn)認(rèn)為無(wú)需更換錫球，直接使用有鉛錫膏進(jìn)行焊接，稱為混裝工藝。XJ派混裝工藝被認(rèn)為是主流，但在內(nèi)部也存在兩種具體的細(xì)分觀點(diǎn)。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在無(wú)鉛BGA中使用有鉛錫膏焊接時(shí)，不需要擔(dān)心無(wú)鉛錫球是否熔化，可以完全按照有鉛工藝進(jìn)行操作。這是因?yàn)楦咩UBGA錫球不熔化，只有錫膏會(huì)熔化并潤(rùn)濕錫球，從而完成焊接。這種焊接方式的可靠性同樣滿足Class 3產(chǎn)品的要求。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為無(wú)鉛BGA錫球應(yīng)完全熔化，但為了降低器件本體熱沖擊影響，焊接溫度曲線應(yīng)在無(wú)鉛工藝的下限和有鉛工藝的上限之間。IPC-7350中建議混合工藝下BGA焊點(diǎn)的溫度為228°C到232°C，實(shí)際上，同一顆BGA內(nèi)部焊點(diǎn)和外部焊點(diǎn)的溫度差異都會(huì)超過(guò)4°C。這種混合工藝的建議焊接溫度曲線即熔融時(shí)間在60~90秒內(nèi)，無(wú)鉛BGA錫球的熔化時(shí)間及所受熱能有限，會(huì)出現(xiàn)所謂的混合工藝鉛相擴(kuò)散不均勻的現(xiàn)象。

圖1. ENIG混裝工藝鉛相向錫球內(nèi)擴(kuò)散

鉛相擴(kuò)散均勻與焊點(diǎn)可靠性
鉛相擴(kuò)散不均勻的現(xiàn)象是指已經(jīng)熔化的有鉛錫膏中的鉛元素在BGA無(wú)鉛錫球熔化后開(kāi)始擴(kuò)散進(jìn)入錫球，鉛在底部焊錫膏內(nèi)，如圖1所示。而鉛相擴(kuò)散均勻是指在完全熔化焊接完成的基礎(chǔ)上，給予更多的熱量和焊接時(shí)間，使金屬原子混合更均勻，鉛相擴(kuò)散均勻。鉛相擴(kuò)散均勻的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較厚的IMC層，部分IMC過(guò)度生長(zhǎng)可能會(huì)因基體無(wú)力承載導(dǎo)致焊點(diǎn)失效。

圖2. 鉛相均勻的混裝工藝

那么，鉛相擴(kuò)散均勻是否代表焊點(diǎn)的強(qiáng)度和可靠性更高？還是鉛相集中在PCB一側(cè)使焊點(diǎn)可靠性更好一些？從邏輯上來(lái)說(shuō)，有鉛焊點(diǎn)的強(qiáng)度大于無(wú)鉛焊點(diǎn)，而鉛相擴(kuò)散的不均勻并不會(huì)降低焊點(diǎn)的強(qiáng)度和可靠性。

需要指出的是，無(wú)論是鉛相擴(kuò)散均勻還是不均勻，焊點(diǎn)的可靠性都受到多個(gè)因素的影響，包括焊接溫度曲線、焊接時(shí)間、焊接材料的特性等。同時(shí)，焊接工藝的控制、質(zhì)量檢測(cè)和可靠性測(cè)試也是確保焊點(diǎn)可靠性的重要環(huán)節(jié)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果焊點(diǎn)的可靠性符合要求，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)焊接缺陷或故障，那么無(wú)需過(guò)分擔(dān)心鉛相擴(kuò)散的均勻性或不均勻性。然而，如果產(chǎn)品出現(xiàn)焊點(diǎn)故障或不良問(wèn)題，鉛相擴(kuò)散不均勻性可能成為問(wèn)題的一個(gè)指示因素。

審核編輯 黃宇