BGA焊点可靠性研究综述

BGA 板级组装的可靠性系列图6漏植焊料球封装翘曲在再流焊接过程中,BGA器件封装产生翘曲变形，如图7所示。

最严重的是封装低端出现翘曲（凹形）。

焊料球引脚和焊膏之间没有发生润湿，焊膏和BGA焊料球各自再流。

在某些情况下，这种缺陷可能与相邻拉长变形的焊点（柱状）有关。

1. BGA定位在焊膏上。

2.BGA翘曲，焊料球和焊膏熔融，两者无接触。

3.冷却后，焊膏固化，且导致熔融焊料球上出现凹痕。

图7 BGA封装翘曲导致的焊点变形机械应力在SMT组装过程，印制板弯曲变形或在线测试产生的机械应力是十分普遍的。

BGA的封装尺寸增大，拐角焊点承受的应力越来越明显。

在BGA封装底部和周边焊点检测已成为可接受的方法，但探针和真空压力导致的机械应力有时被忽略。

由机械应力引起的缺陷对焊点可靠性存在潜在的危害，这一点是很重要的。

强度最低的界面是容易断裂的界面，这种故障特征可能是不同的。

裂缝是在BGA焊料球内或与PCB或是封装的界面间产生的，或是在焊盘与印制板分离。

图8所示，因过大的机械应力造成的拐角焊盘抬起分离。

BGA焊点的牢固性与承受的机械应力与下面因素相关：·BGA位置·PCB厚度·堆栈·焊盘尺寸·刚性机理·焊料量图8焊盘与印制板分离（BGA拐角部位）采用较大的拐角焊盘，增大焊盘面积和封装底层填料来提高牢固性，或采用适当的夹具或工具等方法，对于防止焊点破裂在实践中是可行的。

l 再流不充分BGA焊料球引脚未获得到足够的热量，使让其再流熔融，如图9所示是再流不充分的结果、焊料球没有达到能与焊盘上焊膏结合的再流温度所造成的缺陷。

图9再流不完全的焊点缺陷影响可靠性的重要因素封装技术阵列球引脚器件的种类繁多，封装采用了各种不同的材料。

大多数商品化的阵列器件使用塑料封装和增强型刚性有机封装基板互连材料。

封装与印制板的互连，采用金属化焊垫或球形焊料合金引脚。

为了降低封装高度，使用焊垫栅阵列（LGA）封装的IC，球栅阵列（BGA）将小的焊料合金球用于互连系统。

BGA硬件和焊接接头的质量控制随着科学技术的不断发展，现代社会与电子技术息息相关。

超小型手机，超小型无线通信设备，笔记本电脑，内存，硬盘驱动器，光盘驱动器，高清电视等都有助于实现小型化，而轻质化学品也提出了苛刻的要求。

为了实现该目标，有必要对生产过程及其组件进行深入研究。

SMT（表面贴装技术表面贴装）技术顺应了这一趋势，为实现轻便，薄，短和紧凑的电子产品奠定了基础。

贴片机进入技术90多年以前，它已经进入成熟阶段。

然而，随着电子产品在适当的/小型化的方向，网络和多媒体的飞速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，并且新的高密度组装技术也在其中不断出现。

BGA（球网阵列球网套装）这是一种高密度的组装技术，已进入实用阶段。

试试这篇文章BGA介绍了设备的组装特性，并监控了焊接接头的质量。

1个BGA技术简介BGA开始技术研究60在美利坚合众国IBM公司该公司采用，但甚至90早年BGA您已经进入操作阶段。

在一个80时光倒流，人们担心小型化和输入/输出引线数量提出了更高的要求。

虽然贴片机该电路组具有轻，薄，短和小的特性，对带有大量引线的细间距器件的引线间距和引线均匀性也提出了更严格的要求。

但是，由于加工精度和产量，成本和组装工艺的限制，通常QFP（四方扁平包装方形扁平包装）硬件间距限制为0.3mm这极大地限制了高密度聚集的发展。

另外，因为体育场好质量计划这些设备在组装过程中有严格的要求，这限制了它们的应用，这就是为什么某些美国公司专注于开发和应用比较的原因质量计划更好的设备BGA在设备上。

微型硬件的局限性在于细线容易弯曲，变脆和折断，并且它们在导线之间的规划和安装中需要高精度。

BGA该技术采用了一种新的设计思维方法，该方法使用的结构隐藏了封装下方的圆形或垂直点，引线间距大且长度短。

这是，BGA这消除了防弹问题在具有精确间距的设备中引起的梯度和分页问题。

JEDEC（电子设备工程联合会（JC-11）工业部门的发展BGA包装的物理参数BGA对面QFD相比最大的优势输入/输出引线间距大，记录的引线间距为1.0，1.27用1.5毫米目前由1.27毫米用1.5毫米发散的BGA更换0.4毫米0.5毫米较细间距的设备。

科技风2020年8月机械化工DOT10.19392/ki.1671-7341.202024088 BGA焊接可靠性分析及工艺改进李晓明焦超锋任康中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所陕西西安710065摘要：随着电子产品的升级，为了实现电子产品的微型化、网络化和高性能，电子产品的组装技术，需要进一步的发展。

BGA焊接正是在电子产品组装中，发挥了重要的作用。

然而，从实际情况来看，BGA焊接可能从多个方面，造成芯片固定管脚断裂等焊接方面的问题。

本文从影响焊接可靠性因素的方面，进行BGA焊接可靠性的分析,进一步的提出BGA焊接的工艺改进措施，实现焊接质量问题的防范。

关键词:焊接技术;BGA焊接；焊接工艺-、BGA焊接工艺简介BGA焊接，根据焊接封装材料的区别，可以将其划分为塑胶和陶瓷两个类别。

这两个类别分别为PBGA塑胶焊球、CBGA陶瓷焊球，随着技术的发展，目前也有TBGA载带型球阵列焊接。

PBGA的是最为常见的BGA技术，其使用材质为焊锡 球，从成本来看，成本低廉，且焊接容易，在回流焊过程中，焊球能够实现自主的校准，电学性能能够较好的实现。

但是，由于封装采用塑料材质，对于环境中湿气较为敏感，容易受潮。

因此，对气密性要求较高的封装焊接，不适用于PBGA。

同时，焊接前普通元器件，需要在八小时内完成焊接使用，否则受潮后容易导致元器件吸附水分，元器件氧化，导致在焊接过程元器件不能充分清除氧化物，产生虚焊、假焊的缺陷。

二、影响BGA焊接可靠性的因素(1)物料因素。

BGA物料，在焊接过程中岀现实效或焊接不良的情况,就会导致焊接可靠性下降。

例如BGA物料焊锡球脱落，或者焊锡球岀现裂纹等质量问题等。

物料的因素，会导致焊接后的焊点，与芯片元件岀现分离空洞。

(2)环境因素。

如采用PBGA完成焊接，可能由于湿度敏感问题，导致BGA出现失效的情况。

或者,在焊接环境下，静电的出现,也有可能导致出现静电击穿的情况，导致BGA焊接可靠性下降。

复旦大学硕士学位论文球栅阵列BGA封装焊球的力学可靠性分析及预测姓名：祁波申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：王家楫20070425复日大学１＝掌硕』＋学位论空区。

整个回流焊时间约７至８分钟。

样品的冷却在常温下进行。

２．４，２ＳＭＴ后Ｂ６Ａ封装样品的检测ＢＧＡ样品完成ＳＭＴ后，须进行电学性能测试、Ｘ－ｒａｙ观察等ＳＭＴ后检测工作，检查样品回流焊的质量，是否有桥接、未对准、开焊、焊球丢失等缺陷，检测合格的样品才能进行下面的可靠性力学试验。

１１电学检测用ＰＣ９Ｄ型数字微欧姆计测量ＢＧＡ样品的焊球串联电阻值，检验ＢＧＡ焊点的ｄａｉｓｙ．ｃｈａｉｎ串联情况，确保ＢＧＡ焊球都与其对应ＰＣＢ板焊盘具有良好的电气连接。

２）ＯＭ检测并从ＳＭＴ合格的ＢＧＡ样品中，选取ＰｂＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ样品各一个作为试验的原始参照样品。

对其进行ｃｒｏｓｓ．ｓｅｃｔｉｏｎ分析（见图２．７），观察ＢＧＡ封装焊点．ＰＣＢ板间的互连结构、焊料与ＰＣＢ板Ｃｕ焊盘的浸润情况，并对焊点的形状及尺寸进行测量，为后期计算机模拟提供试验参数依据。

图２．７ＢＧＡ焊点．ＰＣＢ板间互连结构的ＯＭ图（左ｌｇｌｘｌ００，右１蛩ｘ２００）３１Ｘ—ｒａｙ透射显微镜检测由于ＢＧＡ器件的焊球在封装体的下面，回流焊到ＰＣＢ板后，传统的ＯＭ仅能对其外围焊球情况进行观察，要判断ＢＧＡ内部的焊接质量，就必须使用Ｘ－ｒａｙ透射显徼镜（见图２．８）。

ａ．良好的焊点对准情况ｂ．部分焊点未对准图２．８ＢＧＡ封装所有焊点的Ｘ－ｒａｙ图第三章可靠性试验的结果及焊点失效分析染色的焊球样品照片。

图３．３显示了拉断后ＰＣＢ焊接界面的断口形貌。

图３．２３６００９跌落失效焊球荧光染色照片图３．３拉断后ＰＣＢ焊接的断口形貌由图中观察到，焊点断口出出现条状的疲劳条纹，同时呈现出被荧光染色剂渗透的结果。

说明ＢＧＡ焊点与焊盘之间存在缝隙，染色剂才会渗透进去；另一方面拉脱元件时，其脱落位置除了少数为ＢＧＡ焊盘断裂外，大部分均脱落在ＢＧＡ焊球与ＰＣＢ焊盘的界面，这初步说明ＰＣＢ焊盘的焊接强度不够理想，在一定程度的外界应力作用下会产生裂纹。

对BGA封装技术中锡球焊接可靠性的研究在半导体微电子封装中,BGA产品的锡球焊接点的断裂是最容易发生失效的情况。

无铅锡球的焊接点要比含有铅的锡球接点来的硬且脆,前者容易存电子元件的动态状态下因为冲击能量的因素而断裂,从而造成电子元件的失效,这对于半导体封装行业是一个很大的挑战,为此如何提升无铅焊接点在动态负荷下的可靠度已经成为相当热门的研究方向。

本论文主要是根据JEDEC Standard JESD22-B111中的“Board Level DropTest Method of Components for Handheld Electronic Products”以及JESD22-B110中的“Subassembly Mechanical Shock”,利用掉落试验机在1500G 的冲击环境之下对SnAgCu、SnCu以及SnAg合金进行可靠度测试,并和63Sn37Pb 合金锡球进行比较,之后借助电子显微镜和红染料试验来观察裂缝分布情形进行失效分析。

最后用韦伯分析方法对试验结果作进一步的平均失效时间MTTF预测,我们发现含有Sn、Cu、Ag成分的无铅锡球的寿命将要高于含铅锡球,也就是说在同为1500G的冲击环境下,以上成分的无铅锡球对于抵抗冲击的能力都比当前常用的含铅锡球强。

经过对失效器件的观察和分析后发现锡球的裂缝产生的位置集中在介金属化合物IMC(Intermetallic Compound)上,同时也发现封装体中锡球焊接点的断裂位置主要集中在外围角落的地方,并由外向内分布。

本文通过实验来认证最佳成分的锡球,从而起到封装过程中尽量使用的目的。

制导与引信GUIDANCE / FUZE第41卷第3期2020年9月Vol. 41 No. 3Sep 2020文章编号：1671-0576(2020)03-0046-04LGA 器件焊接可靠性工艺技术研究季磊，谢小彤，薛冰，刘贺，吴朗(上海无线电设备研究所,上海201109)摘 要：针对栅格阵列封装(Land Grid Array Package,LGA )器件焊接不良的问题,分析了不同尺寸和形状的钢网开孔设计以及不同的焊接方法对LGA 焊接性能的影响，确定最优 的焊接工艺参数。

研究表明：0.8 mm 开孔尺寸的钢网保证了 LGA 焊接后焊料铺展的均匀性，采用真空汽相焊的方式可以极大地降低焊点的气孔率，实现LGA 高可靠性的焊接#关键词：LGA 器件；焊接可靠性；气孔率；真空汽相焊中图分类号：TG44 文献标志码：ADOI ： 10.3969/j.issn.1671-0576.2020.03.008Research on Welding Reliability Technologyof LGA Package DeviceJI Lei , XIE Xiao-tong , XUE Bing , LIU He , WU Lang (Shanghai Radio Equipment Research Institute, Shanghai 201109 , China)Abstract ： Aiming at the problem of poor welding performance of land grid arraypackage device, the causes are analyzed. The different sizes and shapes of steel mesh and thedifferent welding methods are adopted to explore their influence on LGA welding performance. The optimal welding process parameters were determined. The results show that 0. 8mm steel mesh ensures the uniformity of solder spreading after LGA welding.Vacuum vapor welding can greatly reduce the porosity of solder joints , realize LGA high reliabilitywelding.Key words : LGA device ； welding reliability ； porosity ； vacuum vapor welding0 引言随着互联网信息化的不断进步，电子信息产收稿日期：2020-05-23作者简介：季 磊(1993-),男，硕士，助理工程师，主要从事电子装联技术研究。

无铅BGA焊点的疲劳寿命评估技术研究在热循环过程中，焊点受到芯片端和PCB端各组件及本身热膨胀不匹配效应的影响，局部位置会产生大的应力应变，过度疲劳后会有裂纹产生并且扩展直至断裂，引起焊点失效。

利用有限元分析工具对焊点进行建模仿真，得出应力应变的分布状态、时间历程及迟滞回线，可以理解焊点的热循环疲劳过程，根据相关的疲劳寿命预测准则，可以对焊点的寿命进行评价，从而指导焊点的可靠性设计。

这种方法是现代微电子封装领域内经常使用的手段，它可以在工艺制作完成前对焊点的疲劳寿命作出前瞻性地预测。

本文针对无铅焊料Sn．3．5Ag的BGA焊点进行了有限元模拟仿真的研究，主要内容及成果如下：1．利用有限元分析工具ANSYS建立了PBGA封装的1／4组件模型，并采用统一的粘塑性Anand本构方程来描述焊点的力学行为，之后对模型施加一定约束条件并加载温度循环载荷经ANSYS求解器计算，提取其计算结果来研究焊点的疲劳性能；考虑到热循环过程中焊点所受的复杂应力情况，依照第四强度理论，提取von Mises应力应变作为研究对象，同时将第三强度理论要求的最大剪切应力应变也作为研究对象来与第四强度理论的分析结果进行对比。

2．研究显示：随着温度循环载·荷的施加，焊点阵列会产生不均匀的应力应变分布，局部位置会产生应力集中和大的塑性应变，考虑此两方面的因素，得知阵列的内侧焊点为疲劳失效最易首先发生的所在；进一步分析了这些疲劳失效点处的应力和应变的时间历程和相应的迟滞回线，从分析中得知随循环时间的增加，应力变化比较平稳，但在高温保持段的两侧出现了大的瞬间波动；而塑性应变有明显增大的趋势，从迟滞回线的分析中得知随着循环次数的增加，回线会逐渐趋于平稳，这是疲劳失效的显著特征。

3．建立了带空洞的BGA返修台焊点模型，并对其进行有限元分析。

通过研究得出：中心空洞的存在对焊点的底部和项部的高应力区向焊点内部的延伸有阻碍作用，但若空洞和焊点的截面积比超过20％，高的应力会出现在空洞内部靠近焊点顶部的位置；若空洞位于无空洞的模型分析里焊点本身的高应力区(焊点顶部)，会使应力分布发生很大的改变，在降低了空洞所在焊点处应力应变的同时，原本的高应力区已经扩散进入空洞区域，随着空洞尺寸的增大，扩散区会越来越大；若空洞位于无空洞的模型分析里焊点本身的低应力区(焊点底部)，同样会对原本的应力分布产生大的影响，使高应力区的范围向焊点内部延伸，但此位置空洞的尺寸对应力分布的改变作用不大；不论空洞出现在高应力区，还是低应力区，都使得阵列中原本存在最大应力和最大塑性应变的点从空洞所在的焊点处转移到了别的与此焊点受力完全不同的焊点上，这体现了存在空洞的焊点表现出的与完整无空洞的焊点在力学性能上的区别；最后，通过对带空洞的焊点进行寿命评估，得出不论空洞存在于焊点中的哪个部位，都会使整个组件的寿命下降。

学号：题目类型：论文(设计、论文、报告)桂林理工大学GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计(论文) 题目：热循环条件下PBGA焊点的可靠性分析与优化学院：机械与控制工程学院专业(方向)：机械设计制造及其自动化（设计）班级：学生：指导教师：2011年 5 月 30 日桂林理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即:本科生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属桂林理工大学。

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(请在以上相应方框内打“了”)作者签名: 日期：指导教师签名: 日期:作者联系电话: 电子邮箱:联系地址(含邮编):II摘要选取焊点高度、焊点直径、引脚间距三个形态结构参数作为关键因素，采用水平正交表L9（34）设计9种不同形态结构参数组合的塑料封装球栅阵列（Plastic Ball Grid Array, PBGA）器件焊点，建立9种PBGA焊点的三维有限元分析模型，并进行热循环条件下的应力应变有限元分析，得到9种不同形态结构参数的PBGA焊点的应力应变数据，针对应力应变数据进行极差分析与方差分析。

2019.02理论与算法关于BGA封装焊点可靠性及疲劳寿命的探讨高军(上海民航职业技术学院，上海，2〇〇232 )摘要：随着高密度电子技术的不断发展，BGA逐渐成为高I/O、多功能、高性能、高密度封装的最优选择。

基于此，本文首 先简单介绍了 BGA封装，其次，从BGA焊接材料、BGA焊接性能、BGA焊接温度等方面论述了 BGA封装焊点的可靠性,最后，从预测焊点疲劳寿命的方法、封装尺寸对疲劳寿命的影响、疲劳寿命常数的估计、Sn/P b焊点振动下的疲劳寿命等方面 入手，详细的探讨了 BGA封装焊点的疲劳寿命。

关键词：BGA封装焊点；可靠性；疲劳寿命Discussion on Reliability and Fatigue Life of BGA Packaging Solder JointGao Jun(Shanghai Civil Aviation College,Shanghai,200232)Abstract:With the continuous development of high density electronic technology,BGA has gradually become the best choice for high I/O,multi-function,high performance and high density packaging.Based on this,firstly,the BGA package is introduced briefly.Secondly,the reliability of BGA package solder joints is discussed from the aspects of BGA welding materials,BGA welding performance and BGA welding temperature.Finally,the methods of predicting the fatigue life of solder joints,the influence of package size on fatigue life,the estimation of fatigue life constant and the vibration of Sn/Pb solder joints are discussed.The fatigue life of BGA solder joints is discussed in detail from the aspects of fatigue life.K e y w o r d s:BGA package solder joint;reliability;fatigue life1BGA封装随着现代微米技术、设备技术以及集成技术的广泛应用，芯片集成度也随之不断提高,这使得I/O引脚需求大幅度 增加，且相应的功耗也越来越大，对集成电路进行封装的要 求也更高。