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降低PBGA失效的方法 

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随着电子技术的飞速发展,电子元件朝着小型化和高度集成化的方向发展。BGA元件已越来越广泛地应用到SMT装配技术中,并且随着 BGA和CSP的出现,SMT装配的难度愈来愈大,工艺要求也愈来愈高。由于BGA的返修难度颇大,返修成本高,故提高BGA的制程质量是SMT制程中的新课题。

本文由上海汉赫电子科技人员内部整理总结,如有错误,请予以指正。

BGA有不同类型,不同类型的BGA有不同的特点,只有深入了解不同类型BGA的优缺点,才能更好地制定满足BGA制程要求的工艺,才能更好地实现BGA的良好装配,降低BGA的制程成本。BGA通常分为三类,每类BGA都有自己独特的特点和优缺点: 

1、PBGA(PLASTIC BALL GRID ARRAY)塑料封装BGA  
其优点是: 
①和环氧树脂电路板热匹配好。  
②焊球参与了回流焊接时焊点的形成,对焊球要求宽松。
③贴装时可以通过封装体边缘对中。
④成本低。 
⑤电性能好。
其缺点是:对湿气敏感以及焊球面阵的密度比CBGA低 


2、CBGA(CERAMIC BGA)陶瓷封装BGA 
其优点是:
①封装组件的可靠性高。
②共面性好,焊点形成容易,但焊点不平行度交差。
③对湿气不敏感。
④封装密度高。
其缺点是:
①由于热膨胀系数不同,和环氧板的热匹配差,焊点疲劳是主要的失效形式。
②焊球在封装体边缘对准困难。
③封装成本高。

 

3、TBGA(TAPE BGA)带载BGA
其优点是:
①尽管在芯片连接中局部存在应力,当总体上同环氧板的热匹配较好。
②贴装是可以通过封装体边缘对准。
③是最为经济的封装形式。
其缺点是:
①对湿气敏感。
②对热敏感。
③不同材料的多元回合对可靠性产生不利的影响。
BGA在电子产品中已有广泛的应用,但实际生产应用中,以PBGA居多。PBGA最大的缺点是对湿气敏感,如果PBGA吸潮后,在焊接中PBGA极易产生“爆米花”现象,从而导致PBGA失效。在很多的文献中有很多提高BGA制程质量的文章,在此我们仅针对PBGA对湿气敏感的缺点,讨论在实际生产过程的相关工艺环节中防止PBGA因吸潮而失效的方法。 

一、PBGA的验收和贮存
PBGA属于湿敏性元件,出厂时均是采用真空包装,但在运输周转过程中很容易破坏其真空包装,导致元件受潮和焊点氧化,因此在元件入厂验收时,必须将元件的包装状态作为检验项目,严格将真空和非真空包装的元件区分开,真空包装的元件按照其贮存要求进行贮存,并在保质期内使用,非真空的元件应该放入低湿柜中按要求进行贮存,防止PBGA吸潮和引脚的氧化。同时按“先进先出”的原则进行控制,尽量降低元件的贮存风险。 

二、PBGA的除湿方式的选择 

受潮的PBGA在上线生产前要进行除湿处理。BGA的除湿通常有低温除湿和高温除湿两种,低温除湿是采用低湿柜除湿,除湿比较费时,通常在5%的湿度条件下,需要192小时,高温除湿是采用烘箱除湿,除湿时间比较短,通常在125摄氏度的条件下,需要4小时。在实际的生产中,对那些非真空包装的元件进行高温除湿后,放入低湿柜中贮存,以缩短除湿的周期。对湿度卡显示潮湿度超标的PBGA建议采用低温除湿,而不采用高温除湿,由于高温除湿的温度较高(大于100摄氏度)而且速度快,如果元件湿度较高,会因为水分的急促气化而导致元件失效。

三、PBGA在生产现场的控制
PBGA在生产现场使用时,真空包装的元件拆封后,必须交叉检查包装的湿度卡,湿度卡上的湿度标示超标时,不得直接使用,必须进行除湿处理后方可使用。生产现场领用非真空包装的元件时,必须检查该料的湿度跟踪卡,以确认该料的湿度状态,无湿度跟踪卡的非真空包装的元件不得使用。同时严格控制PBGA在现场的使用时间和使用环境,使用环境应该控制在25摄氏度左右,湿度控制在40-60%之内,PBGA现场的使用时间应控制在24小时以内,超出24小时的PBGA必须重新进行除湿处理。

四、PBGA的返修 
BGA返修通常采用BGA返修台(BGA rework station)。生产现场返修装贴有PBGA的PCBA,如果放置时间比较长,PBGA易吸潮,PBGA的湿度状态也很难判断,因此PBGA在拆除之前,必须将装PBGA的PCBA进行除湿处理,避免元件在拆除中失效报废,使BGA的置球和重新装配变得徒劳。
当然,在SMT的制程中导致BGA失效的工艺环节和原因很多,比如ESD、回流焊接等等,要想降低SMT制程中BGA的失效,需要在多方面进行全面控制。对于PBGA而言,与元件吸潮相关的工艺环节在实际生产中往往被忽视,而且出现问题比较隐蔽,往往给我们改善制程、提高制程质量造成了很多障碍,因此针对PBGA对湿气敏感的缺点,在生产制程中,从以上几个方面着手,针对性的采取有效应对措施,可以更好地减少PBGA的失效,提高PBGA的制程质量,降低生产成本。

 

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