BGA 空洞的成因与解决方案

BGA空洞是指在BGA封装的焊接过程中，由于各种原因在焊球内部或界面处形成的微小孔隙。这些空洞通常呈现为 圆形或椭圆形 ，大小从几微米到数百微米不等。其特征包括：

1. 位置：BGA侧界面、PCB侧界面、焊球内部
2. 形状：圆形或椭圆形
3. 尺寸：几微米到数百微米
4. 形成原因：可挥发物（助焊剂、水汽）被截留

危害影响

BGA空洞对电路性能和焊点寿命产生显著影响：

1. 降低焊点强度 ：减少有效焊接面积，削弱焊接强度，降低可靠性
2. 导致短路风险 ：推挤焊锡，可能导致相邻焊点间短路
3. 影响信号完整性 ：改变焊点的电性能，可能导致信号传输问题
4. 缩短焊点寿命 ：增加焊点疲劳和失效的风险，影响产品长期稳定性

这些影响不仅影响单个焊点的性能，还可能导致整个电路板的功能失效，尤其在高可靠性应用中影响更为严重。
空洞形成机理

焊接过程分析

BGA焊接过程是一个复杂的物理化学过程，其中多个环节可能导致空洞的形成。理解这些过程对于优化焊接工艺和减少空洞形成至关重要。BGA焊接过程主要包括以下几个关键步骤：

1. 焊膏印刷 ：将焊膏均匀地印刷到PCB的焊盘上。这个过程中，如果焊膏量过多或过少，都可能导致空洞形成。过多的焊膏可能在熔化时产生过多的气体，而过少的焊膏则可能无法完全填充焊球与焊盘之间的间隙。

2. BGA贴装 ：将BGA芯片准确地放置在PCB上。这个过程需要高精度的设备和操作，以确保每个焊球都能与对应的焊盘精确对齐。如果贴装不准确，可能会导致焊球与焊盘之间存在间隙，为空洞形成创造条件。

3. 预热 ：在回流焊之前，通常需要对PCB和BGA芯片进行预热。预热的目的是去除水分和挥发性物质，同时使焊膏软化。然而，如果预热温度过高或时间过长，可能会导致焊膏中的助焊剂过早挥发，从而在回流焊时形成空洞。

4. 回流焊 ：这是BGA焊接过程中最关键的步骤。回流焊通常包括三个阶段：

• 升温阶段 ：温度从室温逐渐升高到焊膏的熔点。这个过程中，焊膏中的挥发性物质开始挥发，如果升温速度过快，可能会导致气体无法及时排出，从而形成空洞。
• 熔化阶段 ：温度保持在焊膏熔点附近，使焊膏完全熔化。这个过程中，焊膏中的助焊剂开始发挥作用，去除焊盘表面的氧化物。如果助焊剂活性不足或用量不当，可能会导致焊接不完全，进而形成空洞。
• 冷却阶段 ：温度逐渐降低，使熔化的焊料凝固。这个过程中，如果冷却速度过快，可能会导致焊料收缩不均匀，形成空洞。

1. 清洗 ：焊接完成后，通常需要对PCB进行清洗，以去除残留的助焊剂和其他杂质。如果清洗不彻底，残留的助焊剂可能会在后续使用过程中继续挥发，导致空洞形成。

在整个焊接过程中，温度控制和气体排放是两个关键因素。精确的温度曲线设置和良好的气体排放系统可以有效减少空洞的形成。例如，通过优化回流焊温度曲线，可以确保焊膏中的挥发性物质有足够的时间排出，从而减少空洞的形成。

助焊剂作用

在BGA焊接过程中，助焊剂扮演着至关重要的角色。其主要作用是 清除焊料和被焊母材表面的氧化物 ，使金属表面达到必要的清洁度，从而促进焊料与母材的良好润湿和结合[12]。助焊剂的特性和使用方式对BGA空洞的形成有着显著影响。

助焊剂的 活性 是影响BGA空洞形成的关键因素之一。活性较高的助焊剂能更有效地去除焊盘表面的氧化物，有利于焊料的润湿和扩散，从而减少空洞的形成[13]。例如，松香活性(RA)助焊剂的活性高于松香轻度活化(RMA)助焊剂，在相同条件下使用RA助焊剂可能会产生较少的空洞。

助焊剂的 沸点