在表面貼裝技術(shù)(SMT)領(lǐng)域，球柵陣列封裝(BGA)以其引腳數(shù)目多、I/O 端子間距大、引腳與走線間寄生電容少、散熱性能優(yōu)等諸多優(yōu)勢(shì)，成為了電子產(chǎn)品制造中的關(guān)鍵技術(shù)。然而，BGA 焊點(diǎn)空洞問題卻嚴(yán)重影響著產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性，是 SMT 生產(chǎn)過程中亟待解決的重要難題?？斩床粌H會(huì)削弱焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度，降低其導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)能力，在汽車電子、航空航天等高可靠性要求的領(lǐng)域，甚至可能引發(fā)災(zāi)難性的失效。因此，深入研究并有效控制 BGA 空洞的產(chǎn)生，對(duì)于提升電子產(chǎn)品的品質(zhì)具有至關(guān)重要的意義。

BGA 空洞形成的原因分析

材料因素

焊膏特性：焊膏的金屬含量與粒徑對(duì)空洞形成影響顯著。金屬含量越高、焊粉粒徑越細(xì)，BGA 焊點(diǎn)冷卻后內(nèi)部空洞的體積比例往往越高。這是因?yàn)楦呓饘俸亢图?xì)粒徑的焊粉在熔化時(shí)會(huì)形成更為致密的結(jié)構(gòu)，致使揮發(fā)氣體難以從緊密的焊膏中順利逃逸。同時(shí)，助焊劑的沸點(diǎn)和粘度也不容忽視。低沸點(diǎn)和高粘度的助焊劑可能導(dǎo)致更多空洞的產(chǎn)生，低沸點(diǎn)助焊劑在焊接中過早揮發(fā)，留下高粘度殘留物，這些殘留物難以從熔融焊料中排出，大大增加了空洞形成的風(fēng)險(xiǎn)。

助焊劑特性：助焊劑的沸點(diǎn)、活性及溶劑揮發(fā)性是影響 BGA 空洞的關(guān)鍵。沸點(diǎn)較低的溶劑容易揮發(fā)，形成高黏性助焊劑殘留物，難以從熔融焊料中排出，從而增加空洞形成的幾率。活性較高的助焊劑能更有效地去除焊盤表面的氧化物，有利于焊料的潤(rùn)濕和擴(kuò)散，進(jìn)而減少空洞的形成。而溶劑揮發(fā)性過強(qiáng)可能導(dǎo)致助焊劑過早揮發(fā)，留下高粘度的殘留物，同樣會(huì)增加空洞形成的風(fēng)險(xiǎn)。

焊盤設(shè)計(jì)：焊盤的設(shè)計(jì)也在 BGA 空洞形成中扮演著重要角色。例如，微孔和盲孔等特殊設(shè)計(jì)可能使 BGA 器件底部位置更容易產(chǎn)生空洞。這些結(jié)構(gòu)可能會(huì)截留助焊劑揮發(fā)物，阻礙氣體的正常排出，最終導(dǎo)致空洞的形成。

工藝參數(shù)因素

印刷工藝：鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)對(duì)焊膏的轉(zhuǎn)移起著決定性作用。開口尺寸與 PCB 焊盤匹配度不足，如開口面積比小于 0.66，會(huì)導(dǎo)致焊膏釋放不完整;鋼網(wǎng)厚度過大，超過 150μm 時(shí)，易造成焊膏塌陷，包裹氣體，為空洞形成創(chuàng)造條件。印刷參數(shù)同樣關(guān)鍵，刮刀壓力過高，超過 8kg，會(huì)擠壓焊膏進(jìn)入鋼網(wǎng)孔壁間隙，形成微氣泡;印刷速度過快，大于 50mm/s，會(huì)導(dǎo)致焊膏填充不均勻，影響焊接質(zhì)量，增加空洞出現(xiàn)的可能性。

貼片與回流焊：元件貼裝壓力過大，如超過 2N，會(huì)擠壓焊膏，破壞助焊劑揮發(fā)通道，使得氣體無法順利排出?；亓鳒囟惹€的設(shè)置直接影響焊接效果，預(yù)熱升溫速率過快，超過 3℃/s，會(huì)引發(fā)助焊劑劇烈揮發(fā)，氣體來不及排出;液相線以上時(shí)間(TAL)不足，小于 60s，導(dǎo)致氣體逸出時(shí)間不夠;峰值溫度過高，超過 250℃，會(huì)加劇金屬氧化，生成氧化物夾雜，這些都可能導(dǎo)致 BGA 空洞的出現(xiàn)。

環(huán)境控制：車間濕度超標(biāo)，大于 60% RH，會(huì)導(dǎo)致 PCB 或元件吸濕，在回流時(shí)水分汽化成蒸汽泡，形成空洞。氮?dú)獗Ｗo(hù)不足，氧含量大于 1000ppm，會(huì)加劇焊料氧化，增加空洞產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

減少 BGA 空洞發(fā)生的工藝控制方法

優(yōu)化材料選擇

焊膏選擇：選擇金屬含量適中、粒徑較大的焊膏，可降低焊膏的致密性，提高氣體逃逸的可能性。例如，在一些對(duì)焊接質(zhì)量要求較高的電子產(chǎn)品生產(chǎn)中，選用合適粒徑的焊膏，能夠有效減少空洞的形成。

助焊劑優(yōu)化：選用沸點(diǎn)適中、活性適當(dāng)?shù)闹竸?，既能有效清除氧化物，又能在適當(dāng)時(shí)間揮發(fā)，減少空洞形成。同時(shí)，要控制助焊劑的涂敷量，避免過多的助焊劑殘留導(dǎo)致空洞產(chǎn)生。采用模板涂敷等方式，確保助焊劑涂敷均勻，減少因局部助焊劑過多而引發(fā)的空洞問題。

精準(zhǔn)控制工藝參數(shù)

印刷工藝優(yōu)化：根據(jù) BGA 元器件的間距，合理選擇模板厚度。對(duì)于不同間距的 BGA 元器件，有相應(yīng)推薦的模板厚度范圍。例如，較薄的模板可以減少焊膏殘留，提高焊接質(zhì)量，但可能會(huì)影響其他元器件的焊膏量，因此需要綜合考慮各元器件的需求，找到最佳平衡點(diǎn)。確保模板開孔設(shè)計(jì)合理，推薦使用寬厚比為 1.5 的模板開孔，同時(shí)保證面積比大于 0.66，以改善焊膏釋放效果，減少孔壁焊膏殘留，降低空洞形成的風(fēng)險(xiǎn)。

貼片與回流焊參數(shù)調(diào)整：嚴(yán)格控制貼裝精度，確保 BGA 貼裝準(zhǔn)確，使焊球與焊盤精準(zhǔn)對(duì)齊，減少因貼裝偏差導(dǎo)致的空洞問題。優(yōu)化回流溫度曲線，在預(yù)熱階段，將溫度控制在 150℃ - 180℃之間，保持 60 - 120 秒，讓助焊劑充分發(fā)揮作用;回流階段，對(duì)于無鉛焊料，將溫度控制在 217℃ - 235℃，確保焊膏完全熔化，助焊劑有效去除焊盤表面氧化物;冷卻階段，控制冷卻速率，使冷卻曲線與回流區(qū)曲線呈類似鏡像關(guān)系，避免冷卻速度過快導(dǎo)致焊料收縮不均勻形成空洞。

環(huán)境控制加強(qiáng)：嚴(yán)格控制車間環(huán)境濕度，將濕度保持在 60% RH 以下，防止 PCB 和元件吸濕。確保氮?dú)獗Ｗo(hù)充足，將氧含量控制在 1000ppm 以下，減少焊料氧化，降低空洞形成的風(fēng)險(xiǎn)。

設(shè)備維護(hù)與管理

定期設(shè)備檢查：定期對(duì) SMT 設(shè)備進(jìn)行全面檢查，包括印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流焊爐等。檢查設(shè)備的關(guān)鍵部件，如印刷機(jī)的刮刀、鋼網(wǎng)，貼片機(jī)的吸嘴、貼裝頭，回流焊爐的加熱元件、風(fēng)扇等，確保設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，減少因設(shè)備故障導(dǎo)致的焊接缺陷。

設(shè)備參數(shù)校準(zhǔn)：定期對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證設(shè)備參數(shù)的準(zhǔn)確性。例如，對(duì)回流焊爐的溫度進(jìn)行校準(zhǔn)，確保各溫區(qū)的溫度與設(shè)定值一致;對(duì)貼片機(jī)的貼裝精度進(jìn)行校準(zhǔn)，保證元件貼裝位置的準(zhǔn)確性。通過精確的設(shè)備參數(shù)控制，提高焊接質(zhì)量，減少 BGA 空洞的產(chǎn)生。

引入先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)

X 射線檢測(cè)：在焊接完成后，利用 X 射線檢測(cè)設(shè)備對(duì) BGA 焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。X 射線能夠穿透 PCB 和 BGA 器件，清晰地顯示焊點(diǎn)內(nèi)部的情況，包括是否存在空洞、空洞的大小和位置等。通過 X 射線檢測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn) BGA 空洞問題，并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：引入在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì) SMT 生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如溫度曲線、濕度、氧含量等。當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員進(jìn)行調(diào)整，從而有效預(yù)防 BGA 空洞等焊接缺陷的產(chǎn)生。

在 SMT 生產(chǎn)中，減少 BGA 空洞發(fā)生需要從材料選擇、工藝參數(shù)控制、設(shè)備維護(hù)管理以及檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用等多個(gè)方面入手，進(jìn)行全面、系統(tǒng)的優(yōu)化。只有通過精細(xì)化的工藝控制和嚴(yán)格的質(zhì)量管理，才能有效降低 BGA 空洞率，提高電子產(chǎn)品的焊接質(zhì)量和可靠性，滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。