BGA焊接失败分析与正确方法
BGA不良分析、改善报告
8
7
6
5 Percentage of Voids
4
3
2
1
0 OSP
Pad Surface Finish
Tin
ENIG
Silver
HASL
OSP板储存、使用注意事项
一、供应及储存条件 1. 供应商在完成OSP制程后, 在受管控的温湿度环境下,
应在12H内完成真空包装. 在不受管控的温湿度环境下, 则必须在4H内完成真空包装. 2.来料外包装箱的识别卡料号后面要有”(OSP)”字样。OSP PCB 来料应采用真空包装. 3.仓库记录进料日期, 按先进先出原则发料. 4.PCB拆封前的储存环境为:温度16 ～ 40 ℃、相对湿度： 10 ～ 65％。 5.符合上述储存条件并未开封的真空包装储存时间最长为 3个月，如超超3个月则必须由IQC协助送回PCB板供应 商重工OSP制程。
OSP工艺焊盘氧化不良图片
ENIG板储存、使用注意事项
ENIG PCB抗氧化能力强，所以储存环境 要求不是很严格。一般储存要求，温度： 20~30℃，湿度：40~60%RH，拆包前 可以保存一年，拆包后可以保存3天。
ENIG工艺PCB出现焊接不良，主要是PCB 板供应商的制程出现问题。如：Ni层涂 覆不均匀，Au层表面裂纹导致焊接不良。
3、TBGA（TAPE BGA）带载BGA 其优点是： ①尽管在芯片连接中局部存在应力，当总体上同环氧
板的热匹配较好。 ②贴装是可以通过封装体边缘对准。 ③是最为经济的封装形式。 其缺点是： ①对湿气敏感。 ②对热敏感。 ③不同材料的多元回合对可靠性产生不利的影响。
2、CBGA（CERAMIC BGA）陶瓷封装BGA 其优点是： ①封装组件的可靠性高。 ②共面性好，焊点形成容易，但焊点不平行度交差。 ③对湿气不敏感。 ④封装密度高。 其缺点是： ①由于热膨胀系数不同，和环氧板的热匹配差，焊点
BGA失效分析报告
随着电子设备向高集成度、高可靠性 方向发展，BGA封装广泛应用于各类 电子产品中。然而，BGA失效问题逐 渐凸显，对产品性能和可靠性产生严 重影响。
BGA封装介绍
01
BGA封装特点
高密度、低电感、低热阻、易于 实现高速信号传输等。
02
BGA封装工艺流程
03
BGA失效类型
芯片粘接、引脚焊接、塑封固化 等。
01
03
一款笔记本电脑在使用过程中频繁出现蓝屏和死机现 象，拆解后发现芯片与BGA基板间的粘接材料老化，
芯片脱落导致电路故障。
04
一款平板电脑在使用过程中突然发生屏幕破裂，经检 查发现BGA封装体存在制造缺陷，无法承受机械冲击 。
失效影响分析
性能下降
BGA失效会导致电路性能下降，引发 各种故障现象，如死机、重启、数据 丢失等。
可靠性。
04 BGA失效预防和改进措施
优化封装设计
优化封装设计是预防BGA失效的重要 措施之一。
通过改进BGA的封装设计，可以减少 潜在的缺陷和问题，提高其可靠性和 稳定性。这包括优化焊球间距、改进 焊球材料和减小焊球直径等措施。
提升制造工艺水平
提升制造工艺水平是降低BGA失效风险的关键。
通过采用先进的制造技术和设备，提高BGA的制造精度和一致性，可以显著降低制造过程中可能出现的缺陷和问题。这包括 采用高精度的焊接设备、优化焊接工艺参数和加强过程控制等措施。
BGA失效进行分析和预测，为预防性维护提供支持。
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安全风险
对于关键性电子设备，BGA失效可能 引发严重安全问题，如设备损坏、数 据泄露或人身伤害等。
生产成本
bga焊接不良的判定方法
bga焊接不良的判定方法一、概述BGA（Ball Grid Array）焊接是一种常见的表面贴装技术，由于其密度大、尺寸小、功耗低等优点，被广泛应用于电子产品中。
然而，BGA焊接过程中容易出现不良现象，如焊接不良、虚焊、短路等问题，这些问题会影响电子产品的性能和可靠性。
因此，对BGA焊接不良的判定方法进行深入研究对于提高电子产品的质量具有重要意义。
二、BGA焊接不良的分类1. 焊球缺陷：包括缺球、偏心球和变形球等。
2. 焊盘缺陷：包括无锡（无锡铜）、开路（开孔）和残留物等。
3. 丝印误差：包括丝印偏移和丝印遮挡等。
4. 印刷误差：包括浆料厚度不均匀和浆料流动不畅等。
5. 焊点质量：包括虚焊、短路和冷焊等。
三、BGA焊接不良的判定方法1. 目视检查法目视检查法是最简单也是最常用的BGA焊接不良判定方法。
通过肉眼观察焊点是否存在缺陷、偏移、变形等问题，来判断焊点的质量。
这种方法操作简单、成本低，但是对于一些微小的缺陷难以发现。
2. X射线检查法X射线检查法是一种非破坏性检测方法，通过X射线照射BGA焊点，得到影像图像来判断焊点的质量。
这种方法能够检测出微小的缺陷，并且对于深度和位置难以确定的问题也有很好的解决方案。
但是，该方法需要专业设备和技术人员操作，成本较高。
3. 热剥离法热剥离法是一种常见的BGA焊接不良判定方法。
该方法将BGA组件加热至一定温度后进行剥离，然后用显微镜观察焊盘和球是否存在缺陷、偏移或变形等问题。
这种方法能够有效地检测出虚焊、短路等问题，并且对于复杂结构的电子元件也有很好的应用效果。
4. 电学测试法电学测试法是一种常见的BGA焊接不良判定方法。
该方法通过测试电路的电阻、电容等参数来判断焊点的质量。
这种方法能够检测出虚焊、短路等问题，并且对于大批量生产有很好的应用效果。
四、BGA焊接不良的预防措施1. 控制温度：在BGA焊接过程中，应该严格控制温度，避免因温度过高或过低导致焊点质量不良。
浅析SMT工艺中BGA焊接不良原因
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(doc11页)
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焊点的缺陷分析与工艺改进
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)。
BGACSP焊点缺陷分析与自动X射线检测AXI图像的评估和判断
2D传输影象 局部放大 3D 影象
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BGA焊球空洞的图像
2D传输影象 局部放大 3D 影象
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X-ray焊点图像分析需将软件与工艺结合，与IPC-A-610D验收标准相结合。
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（3）桥接和短路
焊膏量过多或印刷缺陷（焊膏图形粘连）贴片后手工拨正时由于焊膏滑动造成的焊接温度过高，焊料液态时间太长，焊球过度塌陷焊盘设计间距过窄造成的PBGA的塑料基板吸潮，焊接时在高温下水蒸气膨胀引起焊盘起翘，使相邻焊点桥接。
桥接和短路也是不可接受的，主要原因：
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X-ray焊点图像分析
X射线透视图能够定量地显示出焊点厚度、形状及质量的密度分布。根据X射线检测到的厚度、形状及质量的密度分布指标及图像，结合强大的图像分析软件就能够分析和判断焊点的焊接质量
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均匀一致的合格焊球
2D传输影象 3D 影象
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（4）冷焊、锡球熔化不完全
焊点扰动是焊点冷却凝固时由于PCB震动，或由于加热过程中PCB膨胀变形，冷却凝固时PCB收缩变形应力造成的，无铅焊点表面粗糙不属于焊点扰动。
（5）焊点扰动
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（6）移位（焊球与PCB焊盘不对准）
一种可能是由于贴片偏移过大造成的；另一个原因是焊接温度过低，焊接过程中没有到达使焊球完成二次下沉的温度，没有完成自校准效应就结束焊接。这种情况下，贴片造成的偏移量不能被纠正，因此会造成焊球与PCB焊盘不对准、看上去焊球的形状是扭曲的。
Socket BGA（BGA插座）
Pitch
直径
1.27mm
BGA不良分析、改善报告
小结
对BGA、PCB、锡膏的来料质量的严格把控，对提升 BGA上线合格率有很大帮助。须确保以下三点：
1.选择高端的有质量保证的供应商； 2.对来料要进行必要的检验，保证上线质量； 3.BGA、PCB板、锡膏来料储存、使用要符合工艺要
求。
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2.SMT制程控制
在SMT制程中导致BGA失效的工艺环节和原因 很多，比如ESD、钢网开孔、锡膏印刷、贴片、 回流焊接、炉温板制作等等，要想降低SMT制 程中BGA的失效，需要在多方面进行全面控制。
●浸润阶段 这一阶段助焊剂开始挥发。温度在150℃~ 180℃之间
应保持70~90 秒，以便助焊剂能够充分发挥其作用。
●回流阶段 这一阶段的温度已经超过焊膏的熔点温度，焊膏熔化
成液体，元器件引脚上锡。该阶段中温度在220℃以上 的时间应控制在50 ~ 90 秒之间。如果时间太少或过 长都会造成焊接的质量问题。BGA焊点峰值温度应该 控制在240~250 ℃。 ●冷却阶段 这一阶段焊膏开始凝固，元器件被固定在线路板上。 同样的是降温的速度也不能够过快，一般控制在4℃/ 秒 以下，较理想的降温速度为3℃/秒。由于过快的降 温速度会造成线路板产生冷变形，它会引起BGA焊接 的质量问题，特别是BGA外圈引脚的虚焊。
二、计划&生产管控 1. OSP PCB生产必须于拆封后24小时内完成SMT，生管计划根据SMT的
工时排线,不得超过规定时限。 2. 计划把握进料状况. 料齐后才可以安排上线。 3. BGA一般布置在PCB的B面，先生产完A面后，B面有机防护膜被高温破
坏，所以，计划需要保证生产连续性，要求A面生产后，B面生产时间 间隔不超过24小时。 4. OSP工艺PCB一般不要烘烤；如果回潮必须要烘烤，条件：100℃，4h。 5. 生产时不能一次拆很多包，使用完一包再拆一包； 6. 禁止裸手接触PCB板内元件焊盘。 7. 拆包前检查包装是否破裂，确认PCB焊盘是否变色，如果变形，需要 退回仓库，待供应商重工处理。
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BGA焊接失败分析与正确方法
【摘要】IT行业的发展使产品性价比越来越高，各个厂商品牌都在以最新的配置和最靚的外观吸引着广大的消费者。
各个厂商在快节奏推陈出新的同时，不够严谨的设计，不够冗余的散热系统，不够完全的测试，这些缺陷都会在若干年后显现出来。
首当其冲的就是笔记本电脑的独立显卡和南桥。
大多数维修者在做BGA焊接时感到有难处，本文阐述BGA焊接失败原因与正确焊接方法。
【关键词】BGA焊接；失败原因；正确方法
首先要知道BGA技术（Ball Grid Array Package）即球栅阵列封装技术。
该技术便成为CPU、主板南北桥等高密度、高性能、多引脚芯片封装的最佳选择。
BGA封装引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。
采用了可控塌陷芯片法焊接，改善它的电热性能。
组装可用共面焊接，能大大提高封装的可靠性，并且使封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。
封装本体厚度比普通QFP减少1/2以上，重量减轻3/4以上。
因此BGA封装为现今手机、笔记本电脑的小型化微型化作出了很大的贡献。
但因为连接两端的锡球在装好后是不能直接用肉眼看见的，也不容易检查是否焊接成功。
这都为返修更带来了很大的难度，普通维修者采用就是万元左右的BGA返修台。
图一、BGA封装芯片
第二、根据多年的维修经验，总结常见的BGA返修出问题的原因：
1、焊接温度不正确，过低会虚焊，过高会连焊短路甚至烧坏芯片，要搞清楚是有铅和无铅焊接。
不同的锡铅比例焊锡的熔点温度不同，一般为180～230 ℃。
无铅焊锡，锡的熔点是231.89 ℃。
2、焊接温度的曲线不正确，容易发生虚焊和锡球变脆等导致可靠性不高的结果。
3、静电损坏芯片，在焊接操作过程中要特别注意静电。
4、机器因为芯片导致花屏，更换元件一定要买新的无缺陷版本芯片来做BGA了，否则会出同样的问题。
5、看看主板上的微小电容电阻等元件受热是否脱落，导致主板电路不完整。
6、芯片的植球是决定成败的关键，如果一片锡球中有一个大小或高度与其他的不一样，就要想办法改正。
7、吸锡带不怎么吸锡，就涂一点焊锡膏在吸锡带上，用一点剪一点，尽量用新的吸锡带来吸锡。
避免电烙铁头直接接触焊盘，以免烧坏焊盘使焊盘脱落。
8、用酒精和海绵清洗掉残余焊锡膏并充分风干，使焊盘干净。
9、用好隔热胶带，不是直接贴在元件上，而是贴在PCB板上让翘起的部分来导热风，能阻止热风直接接触脆弱的元件，在极其脆弱的地方要直接贴两层，如GPU上。
10、有的机器显卡芯片上铜片一定要加，特别要注意显卡芯片不要被铜片所压坏。
可以在加铜片的时候，同螺丝刀试探是否已经不能滑动，刚好不能滑动时就不要拧螺丝了。
为了让铜片发挥出最高效率，原来的导热硅脂要砌底清干净。
铜片两面都要涂新的含银硅脂，保证铜片和显卡芯片的良好接触。
另外，为了防止含银硅脂导致显卡短路，要在显卡芯片周围用绝缘胶纸等材料把显卡上的小电容小电阻全部覆盖掉。
第三、BGA 芯片拆卸、焊接流程正确方法：
基础知识：1、均匀加热芯片，温度不超过400 ℃，芯片是不会损坏的。
2、BGA芯片的不同部位的加热时温差不能超过10 ℃。
3、BGA芯片加热温度上升不能高于6 ℃/ S。
4、目前大部分的BGA芯片是塑料封装的，简称PBGA，因塑料材质容易吸潮，拆封后须立即使用，否则在加热过程中易产生“爆米花”效应，损坏芯片，与空气接触时间较长的芯片，可以用铁板烧先低温去潮处理后再使用。
5、PCB板的温度不能超过280 ℃，否则极易变形。
芯片摘取和焊接
设定的上部回流焊加热程序（常用的南桥及显卡芯片）：第一阶段，匀速加热温度到160 ℃，使用时间30秒，平均5.33 ℃/S。
第二阶段，匀速加热温度到185 ℃，持续时间25秒。
第三阶段，匀速加热温度到225 ℃，持续时间40秒。
第四阶段，匀速加热温度到255 ℃，持续时间35秒。
第五阶段，匀速降温至225℃，持续15秒，程序结束。
设定的下部红外加热程序：第一阶段，匀速加热温度到135 ℃，使用时间30秒。
第二阶段，匀速加热温度到150 ℃，至程序结束。
回流焊典型温度曲线变化图如下图二（可参考）：
具体操作：1、将电路板固定到焊台上，利用下部的电路板支撑装置，把电路板支撑平整，做到用手轻按电路板不弯曲。
2、选择正确的焊嘴（焊嘴以能覆盖芯片为合适），放下回流焊头，使焊嘴的最下边距芯片表面距离2-3mm，设定好程序，启动焊接程序。
3、待程序结束后，用真空笔把芯片吸下来。
待主板冷却后取下。
4、将电路板固定到焊台上，利用下部的电路板支撑装置，把电路板支撑平整，做到用手轻按电路板不弯曲。
5、线路板上都有比BGA芯片略大点的白色方框，把芯片摆放到正中间，允许有芯片长度千分之五的误差，在高温下锡的张力会把芯片复位。
6、选择正确的焊嘴（焊嘴已能覆盖芯片为合适），放下回流焊头，使焊嘴的最下边距芯片表面距离2-3mm，设定好程序，启动焊接程序。
程序结束，主板冷却后取下试机。
芯片焊拆注意事项
1、电路板在高温状态下极易弯曲，在固定电路板后一定要使支撑装置将电路板支撑平整。
如果电路板弯曲，内部的导线有可能断开，BGA芯片锡珠不能与电路板上焊盘焊接。
这两种情况电路板都会报废。
2、芯片摘取、焊接过程中，焊嘴附近元件上的焊锡都处在熔化状态，焊台不能振动、摇晃，不能有风，否则元件会移位、丢失。
造成电路板报废。
3、在清理电路板和芯片的过程中，选用好的吸锡绳和助焊剂，使用合适的方法，注意不要把芯片和电路板上的焊盘拉脱落。
4、设定合适的加热程序，不合理的加热程序会使芯片或电路板损坏。
总结：BGA 焊接用得上一句话，细节决定成败，特别是细节的地方要一丝不苟。
参考文献：
[1]《家电维修》2011年.第7期.
[2]《焊接技术》陈大利、北京交通大学出版社、2010.4。