我司在進行一批工業主板SMT貼片加工時，X-RAY檢測過程中發現BGA有空洞現象（如下圖）。而且空洞面積很大，于是引發對SMT貼片加工回流焊接過程中對空洞的強烈關注。接下來就由SMT貼片加工廠為大家全面分析BGA形成空洞的原因，希望你們遇到同樣的情況時，能為您帶來一定的幫助！

一、為了進一步驗證BGA的空洞面積大小問題，是否存在批量不達標的品質隱患，接著又拍了X-RAY圖片，并對采用不同錫膏品牌生產的主板進行了對比。采用SP錫膏焊接（如下左圖），采用YT錫膏焊接（如右下圖）。

BGA Void Void Area

從兩組圖片我們不難看出，不管SP錫膏還是YT錫膏，BGA存在的空洞數量和面積都相差不多，空洞數量在20-24個之間（CPU總球數為264個），SP空洞最大面積38.73%，YT空洞最大面積38.00%，空洞直徑0.22MM。從空洞的分布范圍來看，使用兩種不同品牌的錫膏焊接后，BGA空洞存在的位置基本相同，而空洞面積超大的幾個點也主要集中在：E14，E15，K14，M4，O7，O8，P7位置，見下圖。

二、原因分析：

1、在分析之前我們先了解下空洞是如何產生的。

A、從錫球中帶來的原有空洞，在錫球的制造工藝中已經形成；B、焊盤中的盲孔的設計肯定會造成焊接點中的一些空洞，來從堵塞的通孔的空氣膨脹，在焊盤下熔化的錫球內形成空洞。C、PCB與錫球界面附近的空洞通常是由不適當的回流溫度曲線造成的，在回流焊接中助焊劑蒸發，在熔化的焊錫固化期間被夾陷所引起。 D、OSP膜過厚或焊盤下的污染也可能造成界面的空洞。

2、通過逐步排除的方法來進行驗證。

A、查看倉庫BGA來料情況，全部為真空防靜電袋包裝，現有SMT車間環境滿足包裝上的使用注意事項，拆封條件下滿足48小時內貼裝，BGA吸濕和錫球本身有空洞的可能性很小，可以排除A項原因。B、在20倍顯微鏡下觀察BGA PAD，我們可以明顯的看到盲孔的分布情況（如下圖）

把我們所拍到的X-RAY焊接空洞圖片與我們BGA焊盤中的盲孔位置進行比對，發現95%以上空洞產生的位置都在有盲空的焊盤上，從此對比圖可以得出BGA焊盤上的盲孔是空洞產生的主要原因。（圖下圖）

空洞分布圖 盲孔分布圖

3、隨著回流溫度的的爬升，助焊劑得到慢慢揮發，而殘留于盲孔中的助焊劑因為埋在錫膏底部，揮發速度相對比較慢，在液相線溫度到來之前，讓助焊劑充分揮發，一旦到達217℃，如果過沒有充分揮發，來自堵塞的通孔的化合物的膨脹，不能沖破錫膏熔融狀態下的張力，假如回流時間不足很容易會被熔化的焊錫固化期間被夾住，在主要原因不能改善的情況下，回流工藝曲線參數的優化，就顯得尤為重要。

4、通常，大多數空洞是在已回流焊接點的中部到頂部(球/BGA的界面)發現的。這正如所料，因為夾陷的空氣泡和蒸發的助焊劑在回流期間是往上跑的。如果回流曲線周期不允許足夠的時間讓受夾陷的空氣或蒸發的助焊劑跑出來，空洞就會在回流曲線的冷卻區焊錫固化的時候形成。因此，回流溫度曲線是空洞形成的原因。

5、通過對產線PCB板使用狀況的確認和來料包裝的確認，未發現異?，F象，經過顯微鏡的的觀察，發現有個別焊盤存在顏色誤差，但與X-RAY圖片對比后，并不產生BGA焊接后的空洞，可以得出并非焊盤氧化或受污染。

三、對策實施與驗證

1、根據分析的第二和第三點，我們嘗試優化我們的回流工藝參數來改善，調整之前我們先記錄了原有的工藝參數（圖8），根據錫膏特性與推薦曲線，主要的改善方案是在于達到183度之前的175-180度之間要有足夠的時間（10-15S），最高回流問題適當下調2-3℃，改變原來采用的RSS曲線為RTS曲線。（如下圖）

2、通過調整，最高溫度從236℃降低到了234℃，175-180℃的時間從原來的6S-8S提升到8S-10S。升溫斜率也下降了，保持足夠的潤濕效果。下面是調整后X-RAY圖片（圖10），空洞數量12-19個，比原來略有減少，空洞面積最大的一個為24.4%（YT），比原先減少了14.33%，通過工藝參數的調整不管是SP還是YT都能減少空洞數量和空洞面積。

（SP X-RAY） （YT X-RAY）

四、總結

過多過大的空洞存在對可靠性必然有影響，影響到底有多大目前業內還沒有一個完全的定論，個人認為空洞的存在至少對于BGA抗機械應力沖擊是有比較大影響的，Underfill的使用緩解了這一品質的隱患，即使我們不能完全消除空洞但將它減到最小是可能的，所以在接受標準上設定一個界限是合理的，通過本次分析我們看到這些空洞可以通過優化工藝參數和材料的調整來減少空洞的發生，使用明智的工藝參數可以滿足空洞面積比＜25%的要求。　

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