BGA不良分析、改善报告

BGA虚焊问题分析报告*****公司关于芯片BGA 虚焊问题分析（一）现场图片X-RAY照片（第一次时提供照片的截图，芯片未贴片前拍摄。

拍摄位置：芯片正上方）回流焊后异常芯片剥离照片问题芯片剥离图片放大图片1位置放大图片2位置问题芯片剥离图片细节放大放大图片1 放大图片2放大图片3回流焊后检测合格芯片剥离照片（芯片焊接面100%剥离）放大图片4（二）图片分析1.图片1焊接面使用高倍显微镜观察：锡面灰暗，空洞很多。

请特别注意红框位置；2.锡面灰暗应是焊锡高温氧化的迹象。

我们认为这里的锡面氧化应是在回流焊的高温影响后发生。

发生的原因与植球与芯片焊面的虚焊有关，并且这种虚焊在回流焊时无法得到改善。

我们认为芯片植球时已存在异常，导致植球与芯片接触面未初步形成有效地IMC（红色框）。

综合后我们认为植球与芯片间的有虚焊现象。

正常时植球后应该形成初步的焊点。

3.空洞较多也说明植球与芯片焊接面存在异常情况的发生；4.根据材质及焊接结合力、拉力分析：我们认为良好的植球与芯片形成良好的IMC后，当我们剥离芯片时大部分的芯片焊接面应被拉起脱落（各图片的蓝色框）。

而且我们剥离的合格芯片产品的焊接面观察，在芯片剥离后确实也是100%脱落（见放大图4）。

而有问题的芯片仅有四点拉脱（见回流焊后异常芯片剥离照片蓝色框）；5.我司在外协厂贴片后植球与PCB间形成了良好的IMC，（参见图片3中的紫色框体内）。

整体移除锡球后没有看见异常现象。

（三）图片分析结论1.供方提供的芯片在植球时已出现植球与芯片有效焊接面的虚焊及不确定异常导致的较多空洞现象；2.供方植球时已出现植球与芯片有效焊接面的虚焊及不确定异常导致的较多空洞现象直接导致了SMT回流焊后无法调校的缺陷：芯片焊接面与植球间的虚焊或简单称为融合异常问题在回流焊后没有改善，导致芯片功能异常；（四）供方的回复（以下原文）发件人: **********发送时间: 2010年**月**日 ****收件人: *********主题: RE: Fw: 植球不良照片Hi ******空洞和虚焊是两个概念。

浅析SMT工艺中BGA焊接不良原因摘要：随着科学技术的不断发展，现代社会与电子产品密切相关。

随着电子产品向便利/小型化、网络化和多媒体的方向快速发展，对电子装配技术提出了严格的要求。

为了实现这一目标，必须对生产技术和组件进行深入的研究。

表面贴装技术(SMT)符合这一趋势，为电子产品的轻巧、微妙、简洁和小巧奠定了基础。

SMT是现代电子装配最流行的技术。

该技术最大的优点是，传统组件的体积被压缩到微型设备上，而体积只有原来的十分之一，因此可以解决传统电子组件的某些缺陷，如低密度、低可靠性、大容量和高成本。

新的高密度组装技术不断出现，其中球栅阵列(BGA)是进入实际阶段的高密度组装技术。

本文分析了BGA器件的组装特性和焊不良的原因。

关键词：SMT工艺；BGA焊接不良；原因分析引言SMT（Surface Mount Technology，表面贴片技术）是一种在电路板上安装表面安装元件的方法。

它是现代装配技术的核心，是一种复杂且不断发展的技术。

通过掌握制造过程的质量要求，了解各种零部件的焊接问题、原因和解决方案，我们可以不断地防止它们发生。

1BGA技术的发展BGA技术自1960年代的美国开始研究，但直到90年代初，BGA才进入实际应用阶段。

虽然SMT可以组装出轻、薄、短、小的电路，但随着人们对小型化电子电路和I/O引线数提出了更高的要求，继而对具有高引线数的精细间距器件的引线间距以及共面性提出了更为严格的要求。

由于QFP器件受到加工精度、可生产性、成本和组装工艺的制约，管脚的最小间距为0.3mm，这就大大限制了高密度组装的发展。

另外，由于精细间距QFP器件细引线易弯曲、质脆、易断，对引线间的共面性和贴装精度的要求严格，其应用受到了很大的限制，为此美国一些公司就把重点放在开发和应用比QFP器件更优越的BGA器件上。

2 BGA技术的特点BGA技术使用一种引线间距大、长度短的全新的设计方式，采用将圆型或柱状点隐藏在封装下面的结构，这样就消除了精细间距器件中由于引线问题而引起的共面性和翘曲的问题。

BGA焊点的缺陷分析与工艺改进发表日期：2007-06-08 22:52 提交者：admin电子科学研究院电子电路柔性制造中心北京装联电子工程有限公司李民冯志刚[摘要]：本文将结合实际工作中的一些体会和经验，就BGA焊点的接收标准、缺陷表现及可靠性等问题展开论述，特别对有争议的一种缺陷——空洞进行较为详细透彻的分析，并提出一些改善BGA焊点质量的工艺改进的建议。

BGA器件的应用越来越广泛，现在很多新产品设计时大量地应用这种器件，由于众所周知的原因，BGA焊接后焊点的质量和可靠性如何是令很多设计开发人员、组装加工人员颇为头痛的问题。

由于无法用常规的目视检查BGA焊点的质量，在调试电路板发现故障时，他们经常会怀疑是BGA的焊接质量问题或BGA 本身芯片的原因，那么究竟什么样的BGA焊点是合格的，什么样的缺陷会导致焊点失效或引起可靠性问题呢？本文将就BGA焊点的接收标准、缺陷表现及可靠性等问题展开论述，特别对有争议的一种缺陷——空洞进行较为透彻的分析。

1BGA简介BGA是一种球栅陈列封装的器件，它出现于20世纪90年代初，当时由于有引线封装的器件引脚数越来越多，引线间距越来越小，最小的器件间距已经达到0.3mm（12mil），这对于组装来讲，无论从可制造性或器件焊接的可靠性都已经达到了极限，出错的机会也越来越大。

这时一种新型的球栅阵列封装器件出现了，相对于同样尺寸的QFP器件，BGA能够提供多至几倍的引脚数（对于BGA来讲其芯片下面的焊球就相当于引脚），而引脚的间距还比较大，这对于组装来讲是件好事，可以大幅度地提高焊接合格率和一次成功率。

通常塑料封装的PBGA是应用在通信产品和消费产品上最多的一种器件，它的焊球成分是普通的63Sn/37Pb，共晶焊料。

军品上有时应用陶瓷封装的CBGA 器件，它的焊球是一种高温的10 Pb /90 Sn的非共晶焊料。

随着BGA器件的不断发展，在美国和日本都开发出了更小封装的微型BGA，其封装尺寸只比芯片大不超过20%，一般被称作μBGA（microBGA）或CSP，它们的焊球最小已达到0.3mm(12mil)，焊球间距最小已达到0.5mm(20mil)。

分析报告样品名称：P C B A(手机主板)型号规格：C389检测类别：委托分析委托单位：××××通信有限公司中国赛宝实验室可靠性研究分析中心PCBA 分析报告合同号：FX044- 1014 第2页共 14 页分析报告所送样品包括三片 PCBA （手机主板）、四片相应的空白 PCB 以及工艺过程中使 用的CPU 器件和焊锡膏，PCBA （手机主板）的型号为C389,样品的外观照片见图1焊锡膏空白 PCBCPUFlashCPU 器件二 分析过程2.1 外观检查图 1 样品的外观照片用立体显 微 镜对空白 PC B 和 BGA 器 件 进 行 外观 检 测，发现 BGA 器件的焊 球大小均匀一 致，共面 性良好（见图 2 和 图 3）；空白 PC B 焊 盘表面存在一些坑 洼点（见图 4 和图 5）， 除 此 之外未 观 察 到 明 显的 异 常。

图 2 CPU 器件中 BGA 焊球的外观照片 图 3 CPU 器件中 BGA 焊球的局部外观照片坑洼点图 4 PCB板中CPU焊盘的外观照片图 5 PCB板中Flash的外观照片2.2 X-RAY检测为了对焊点的内部状况进行检测，采用 X 射线系统对焊点质量进行无损检测，（X-Ray 的照片见图 6 至图9），由照片可观察得出 BGA 焊点大小均匀一致，除发现焊点内部存在少量空洞外，未发现焊球错位，焊料熔融不完全以及桥连等明显焊接缺陷。

图 6 CPU焊点的X－ray典型照片图7 Flash焊点的X－ray典型照片图8倾斜后观察到的CP U焊点的X－ray照片图9倾斜后观察到的Flas h焊点的X-r ay照片空洞空洞图10部分CPU焊点的放大照片图11部分Flash焊点的放大照片2.3金相切片分析在样品上截取失效的BGA器件，用环氧树脂镶嵌后打磨抛光，用金相显微镜观察BGA器件焊点的金相切片，焊点的金相照片见图12～图25。

BGA元件引起的电子产品功能不良分析改善一般的BGA元件导致产品功能不良或性能不稳定主要原因有三点：一是制造不良（虚焊、假焊、连锡、烧坏芯片），二是原材料不良（来料不良或储存不当），其次是设计。

具体问题要具体分析，根据根本原因采取对应措施，以下内容仅做参考分析的方向。

第一部分------原因分析一、原材料不良1.原材料供货时是否本身有一定比例的性能不良。

2.是否是二手物料或呆滞旧料（重新植球锡球大小不均匀或存放很久的库存呆滞料）。

3.BGA是否存放太久（半年以上），供货时已存在锡球表面氧化现象（颜色变暗、发黑、浅灰色）。

二、包装方式1.BGA散料、尾数包装方式是否合理，是否由于包装方式不恰当导致BGA锡球压扁或掉球，是否长期将BGA元件放置在非真空环境中，导致锡球氧化。

2.原包装物料在运输和储存过程能否保证真空包装无破损漏气现象，存放的环境是否符合这类元件要求。

三、贴装前的准备工作1.BGA包装漏气或非真空包装时间超过72小时，是否经过烘烤后贴装。

2.BGA上线前是否经过基本抽检（目视锡球大小是否均匀，锡球表面是否变色，银白色为正常，锡球发黑，颜色变暗或变成浅灰色，证明锡球已经发生不同程度的氧化，有可能导致焊接不良）四、锡膏印刷质量控制1．SMT印刷时是否针对BGA元件焊盘的印刷质量做了100%检查，然后再投入贴片。

2．SMT钢网是否有堵孔现象，导致漏印或少锡；印刷机刮刀压力是否适中，保证锡膏厚度均匀（目测印刷后PCB焊盘上的锡膏无明显拉尖或锡膏厚度不均匀现象）3．印刷前目检BGA焊盘的焊接点大小是否一致，油墨覆盖是否均匀，油墨过后会导致印刷拉尖，锡膏厚度不均匀（目视焊盘大小无明显区别，油墨无明显凸起或目视焊盘明显呈凹下去状态， PCB的油墨厚度在实际操作中可测性不大，目前最实用的非标准检查方式就是目测，可操作性比较强）。

4．PCB表面是否有异物或灰尘，PCB油墨共面性是否有保证。

（目视PCB焊盘与油墨几乎处于同一平面，或用手刮油墨无明显阻力，油墨覆盖不可过厚且厚度要均匀）五、贴装设备（贴片机）贴装BGA元件的设备，是否有激光识别矫正装置，能否识别锡球不大小规则或变形的BGA，能否进行激光图像识别，区别锡球表面是否氧化或少球。

BGA焊點的缺陷分析與工藝改進［摘要］:本文將結合實際工作中的一些體會和經驗，就BGA焊點的接收標準、缺陷表現及可靠性等問題展開論述，特別對有有爭議的一種缺陷洞進行較爲詳細透徹的分析，並提出一些改善BGA焊點質量的工藝改進的建議。

[A bstract] :The acceptable criterions, solder defects and reliability of BGA solder joint are discussed here. Es-pecially a disputed defect behave, void,will be analuzed detailed. Some suggestions of improving BGA soldetjoint quality will be also put forward.BGA器件的應用越來越廣泛，現在很多新産品設計時大量地應用這種器件，由於衆所周知的原因，BGA的焊接後焊點的質量和可靠性如何是令很多設計開發人員、組裝加工人員頗爲頭痛的問題。

由於無法用常規的目視檢查B GA焊點的質量，在調試電路板發現故障時，他們經常會懷疑是BGA的焊接質量問題或BGA本身晶片的原因，那麽究竟什麽樣的BGA焊點是合格的，什麽樣的缺陷會導致焊點失效或引起可靠性問題可靠性問題呢？本文將就BGA焊點的接收標準、缺陷表現及可靠性等問題展開論述，特別對有爭議的一種缺陷空洞進行較爲透徹的分析。

1.BGA簡介BGA是一種球柵陳封裝的器件，它出現於20世紀90年代初，當時由於有引線封裝的器件引腳數越來越多，引線間距越來越小，最小的器件間距已經達到0.3mm(12mil), 這對於組裝來講，無論從可製造性或器件焊接的可靠性都已經達到了極限，出錯的機會也越來越大。

這時一種新型的球柵陣列封裝器件出現了，相對於同樣尺寸的QFP器件，BGA能夠提供多至幾倍的引腳數(對於BGA來講其晶片下面的焊球就相當於引腳)而引腳的間距還比較大，這對於組裝來講是件好事，可以大幅度地提高焊接合格率和一次成功率。

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。

BGA不良分析、改善报告目录一、内容概括 (1)二、BGA不良现象概述 (1)三、BGA不良详细分析 (2)3.1 不良现象描述 (4)3.2 不良现象原因分析 (4)3.3 不良现象影响评估 (5)四、BGA不良改善方案 (6)4.1 改善方案制定原则 (7)4.2 改善方案实施步骤 (8)4.3 改善方案效果预测 (8)五、BGA不良改善成果展示 (10)5.1 改善前后对比分析 (11)5.2 改善成果量化评估 (12)5.3 改善成果应用前景展望 (13)六、结论与建议 (14)6.1 结论总结 (16)6.2 建议提出 (16)一、内容概括本报告旨在深入分析BGA（球栅阵列）不良品产生的原因，并提出针对性的改善措施。

通过对不良品的详细统计与分析，结合生产工艺、材料特性等多方面因素，我们识别出主要的不良模式及成因，为后续的改进工作提供了明确的方向。

在改善方案方面，我们提出了切实可行的改进措施，并对实施效果进行了预测。

通过这些改善措施的实施，我们期望能够有效降低BGA不良率，提升产品的整体质量和可靠性，从而满足客户的需求和期望。

本报告还强调了持续改进的重要性，建议公司应建立长期的不良分析与改善机制，不断优化生产工艺和管理流程，以实现产品质量的持续提升。

二、BGA不良现象概述在电子制造行业中，BGA（Ball Grid Array，球栅阵列）封装技术因其高密度、高可靠性和良好的电性能而广泛应用。

随着电子产品向高性能、小型化发展，BGA封装的不良品率也逐渐上升，给企业带来了巨大的经济损失和市场竞争压力。

焊球缺陷：焊球是BGA封装的重要组成部分，其质量直接影响到BGA的整体性能。

焊球缺陷主要包括焊球偏移、焊球缺失、焊球断裂等，这些问题会导致BGA无法正常工作，甚至引发更严重的产品故障。

封装体破裂：BGA封装体的强度和密封性对其性能至关重要。

在制造过程中或使用过程中，由于各种因素的影响，如高温、湿度、压力等，可能导致封装体破裂，从而影响产品的可靠性。