常見的BGA混裝工藝誤區分享

BGA混裝工藝中，存在關于鉛相擴散不完整的誤區。隨著全球無鉛工藝的普及，大多數BGA器件已采用無鉛工藝，但由于特殊需求部分企業仍使用有鉛制程進行焊接。對于不涉及BGA器件的產品，其工藝可以完全按照有鉛工藝進行操作。只有含有無鉛BGA的有鉛制程才屬于真正的混裝工藝。對此，業界存在不同的觀點。

觀點1：更換錫球派（SJ派）
此觀點認為在無鉛BGA用于有鉛工藝時必須更換錫球，即清除原有的無鉛錫球，替換為有鉛錫球，并進行適當的清潔后再使用。

這種觀點的好處是可以徹底執行
有鉛工藝，但也存在不利因素：
1)清除無鉛錫球并植入有鉛錫球會造成兩次熱沖擊，影響器件的壽命；
2)除球過程中可能導致BGA焊盤的脫落或損壞；
3)現在BGA器件的錫球數量極多，更換錫球會增加植球的不良率；如果是手工植球，則會耗時耗力。更糟的是，如果某個球的植球存在缺陷，而沒有有效的BGA器件測試工具，則會增加焊的接困擾。

觀點2：不更換錫球派（XJ派）
XJ派觀點認為無需更換錫球，直接使用有鉛錫膏進行焊接，稱為混裝工藝。XJ派混裝工藝被認為是主流，但在內部也存在兩種具體的細分觀點。

一種觀點認為，在無鉛BGA中使用有鉛錫膏焊接時，不需要擔心無鉛錫球是否熔化，可以完全按照有鉛工藝進行操作。這是因為高鉛BGA錫球不熔化，只有錫膏會熔化并潤濕錫球，從而完成焊接。這種焊接方式的可靠性同樣滿足Class 3產品的要求。

另一種觀點認為無鉛BGA錫球應完全熔化，但為了降低器件本體熱沖擊影響，焊接溫度曲線應在無鉛工藝的下限和有鉛工藝的上限之間。IPC-7350中建議混合工藝下BGA焊點的溫度為228°C到232°C，實際上，同一顆BGA內部焊點和外部焊點的溫度差異都會超過4°C。這種混合工藝的建議焊接溫度曲線即熔融時間在60~90秒內，無鉛BGA錫球的熔化時間及所受熱能有限，會出現所謂的混合工藝鉛相擴散不均勻的現象。

圖1. ENIG混裝工藝鉛相向錫球內擴散

鉛相擴散均勻與焊點可靠性
鉛相擴散不均勻的現象是指已經熔化的有鉛錫膏中的鉛元素在BGA無鉛錫球熔化后開始擴散進入錫球，鉛在底部焊錫膏內，如圖1所示。而鉛相擴散均勻是指在完全熔化焊接完成的基礎上，給予更多的熱量和焊接時間，使金屬原子混合更均勻，鉛相擴散均勻。鉛相擴散均勻的同時會產生較厚的IMC層，部分IMC過度生長可能會因基體無力承載導致焊點失效。

圖2. 鉛相均勻的混裝工藝

那么，鉛相擴散均勻是否代表焊點的強度和可靠性更高？還是鉛相集中在PCB一側使焊點可靠性更好一些？從邏輯上來說，有鉛焊點的強度大于無鉛焊點，而鉛相擴散的不均勻并不會降低焊點的強度和可靠性。

需要指出的是，無論是鉛相擴散均勻還是不均勻，焊點的可靠性都受到多個因素的影響，包括焊接溫度曲線、焊接時間、焊接材料的特性等。同時，焊接工藝的控制、質量檢測和可靠性測試也是確保焊點可靠性的重要環節。

在實際生產中，如果焊點的可靠性符合要求，沒有發現焊接缺陷或故障，那么無需過分擔心鉛相擴散的均勻性或不均勻性。然而，如果產品出現焊點故障或不良問題，鉛相擴散不均勻性可能成為問題的一個指示因素。

審核編輯 黃宇