BGA封装工艺和BGA失效异常分析及BGA封装芯片清洗剂介绍

一、BGA封装工艺概述

BGA（Ball Grid Array，球栅阵列）是一种高密度表面贴装封装技术，通过底部焊球阵列实现芯片与PCB的电气连接。其核心工艺流程包括：

1. 材料选择：使用焊料（如Sn-Pb、SAC合金）、基板（陶瓷、有机材料）及助焊剂，需确保材料兼容性和可靠性。

2. 焊球植球：通过回流焊或植球机将焊球固定在芯片底部焊盘上，需控制焊球尺寸、均匀性及共面性。

3. 回流焊接：采用高温熔化焊球，实现芯片与PCB的连接，需优化温度曲线以避免冷焊、空洞等问题。

4. 检测与修复：通过X射线、功能测试等手段检测焊点质量，必要时进行返修。

二、BGA失效异常分析

1. 失效原因分类

• 制造工艺缺陷：

• 焊点空洞、桥接、偏移等焊接缺陷，导致电气连接不可靠。

• 冷焊（温度不足导致焊料未充分熔化）和葡萄球效应（助焊剂挥发过度引发焊料颗粒化）。

• 材料性能问题：

• 焊料成分不均、基板热膨胀系数（CTE）不匹配，引发热应力开裂。

• 介电材料老化导致绝缘性能下降。

• 环境与外力因素：

• 温度循环、湿度腐蚀加速焊点氧化。

• 跌落、振动等机械应力导致焊点裂纹扩展。

• 设计缺陷：

• 焊盘设计（如阻焊膜限定SMD导致应力集中）、散热不足引发热疲劳。

2. 典型失效模式

• 焊点裂纹：热应力或机械冲击导致IMC（金属间化合物）层脆断，断口呈平齐或齿纹状。

• 焊球脱落：焊料与基板结合力不足，或外部冲击导致焊球脱离。

• 空洞超标：焊接过程中气体残留，降低焊点机械强度和导热性。

3. 失效检测方法

• 无损检测：X射线观察内部空洞、桥接；红外热像分析热分布异常。

• 破坏性分析：SEM/EDS检测裂纹形貌及成分；染色试验定位焊点失效位置。

• 功能测试：电学测试验证信号完整性，热冲击/跌落试验模拟实际工况。

三、预防与改进措施

1. 工艺优化：

• 采用氮气保护焊接，减少氧化；优化回流焊曲线，避免恒温区过长。

• 使用高精度模板印刷，控制焊膏量以减少空洞。

2. 材料管理：

• 选择低CTE基板（如BT树脂）匹配PCB材料；使用高可靠性焊料合金。

3. 设计改进：

• 采用非阻焊膜限定NSMD焊盘设计，降低应力集中。

• 增加底部填充胶（Underfill）提升机械强度。

4. 环境控制：

• 改善产品运输/存储条件，避免高温高湿环境。

四、总结

BGA封装的失效分析需结合工艺、材料、环境多维度因素，通过检测技术定位问题根源，并针对性优化设计与生产流程。

BGA封装芯片清洗剂选择：

·         水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

·         污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

·         这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

·         合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

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