BGA返修台/CSP器件焊点可靠性研究

    近几年来，在移动电话体积迅速变小，重量也越来越轻。为了做进一步降低重量，技术人员又开发出多种高性能多功能组件以减少元器件的数量，并且同时不断提高线路板的密度(图1)。

    造成一个重量减轻微型器主要原因是微型器件封装结构的广泛采用，如球栅格阵列()或芯片级封装(CSP)等。在这类器件在应用之前，技术人员已针对其BGA焊点进行了温度循环测试及材料和结构等方面的多项研究，以确保BGA焊点应具有较高的可靠性。

    据统计发现，电子设备出现的故障中有很大一部分是由于BGA焊点接触不良而造成的，通常是移动式设备，因此BGA焊点可靠性一直是工程技术人员所关注的问题。随着新型器件不断涌现，在应用之前更需要对其焊接可靠性进行详细的评估。本文以移动电话所应用的BGA返修台/CSP器件为例，分析温度循环和跌落冲击对焊点可靠性所造成的各种影响。

    BGA返修台/CSP焊点结构

    QFP可以吸收大部分因温度变化造成的张力或因其引脚变形产生的应力，而BGA返修台/CSP器件的应力则都集中在焊球上，因此可能会使焊点或线路板开裂而降低可靠性。对BGA返修台/CSP焊点而言，跌落冲击在短时间产生的应力比由于温度变化而产生的长期应力所造成的危害更大。

    BGA返修台和CSP能有效地减小线路板面积，但在BGA焊点可靠性方面却存在一些问题，其根源来自于焊点的结构。图2是一个普通四方扁平L引脚封装(QFP)与BGA返修台封装的焊点结构比较情况。

    我们在线路板上安装了好几种BGA/CSP封装器件，同时进行温度循环测试和跌落测试，大部分器件都能通过温度循环测试，但很多却无法通过跌落测试，出现问题的地方有的在器件上有的在线路板上。

    图显示了可能会影响焊点结构和可靠性的几个因素，其中下列因素主要与BGA返修台/CSP焊点有关：

    1．封装和线路板焊盘表面类型(镍/锡镀层)

    2．BGA焊盘粘着力大小

    3．元器件材料

    4．BGA焊球及焊点形状

    本文主要介绍以焊球形状、封装结构、线路板焊盘和阻焊剂尺寸等为参变量进行可靠性评估所得到的结论。

    焊球形状

    从结果可看出，作温度循环测试时沙漏形焊球比柱形焊球的可靠性更高，试验人员在跌落测试中用数值分析也证实了这种现象。

    两种形状焊球采用同等焊锡量，线路板和器件的焊盘尺寸也相同，只是焊球的高度不同，然后在这样的条件下计算从1米的高度落下时焊球所受到的压力。

    试验表明，焊球在此过程中受到挤压的时间只有1微秒，不管是什么样的力，沙漏形焊球受力情况都要小于柱形焊球，因而可以更有效地抵抗跌落的冲击，缓解应力，提高焊点可靠性。但是沙漏形焊球还没有在产品上得到应用，主要是因为在回流焊过程中其它器件焊接时沙漏形焊球不容易成形。

    原文：，文章来源于【迅维】中心.