在高密度、高性能電子產品的制造過程中，BGA（Ball Grid Array，球柵陣列）封裝因其優異的電氣性能、散熱能力和高引腳密度，已成為主流封裝形式之一。然而，在SMT貼片加工環節，BGA焊點空洞率偏高始終是困擾眾多工程師與制造廠商的關鍵難題。空洞不僅影響焊點機械強度，還可能導致熱傳導效率下降、信號完整性受損，甚至引發產品早期失效。
作為專注SMT貼片加工十余年的高新技術企業，1943科技結合多年實戰經驗與工藝研究，分享BGA焊接空洞的成因，并提出可落地的工藝優化策略，助力客戶實現高可靠性、高良率的PCBA制造。
一、BGA焊接空洞的典型特征與危害
BGA焊點空洞通常表現為焊球內部或焊球與PCB焊盤界面處的圓形/橢圓形氣孔，尺寸從幾微米至數百微米不等。其主要危害包括：
- 降低焊點強度：有效焊接面積減少，機械可靠性下降；
- 影響熱傳導：空洞阻礙熱量從芯片向PCB傳遞，導致局部過熱；
- 干擾信號完整性：高頻信號路徑中空洞可能引起阻抗不連續；
- 縮短產品壽命：在熱循環或機械應力下，空洞易擴展為裂紋，加速焊點疲勞失效。
尤其在工業控制、醫療設備、通信基站等高可靠性領域，空洞率控制已成為客戶驗收的核心指標之一。
二、BGA空洞形成的主要成因分析
空洞本質是焊接過程中助焊劑揮發物、水分或空氣被包裹在熔融焊料中未能及時排出所致。其成因可歸結為以下三類：
1. 材料因素
- 焊膏特性：金屬含量過高、焊粉粒徑過細會增加焊膏致密性，阻礙氣體逸出；助焊劑沸點過低或粘度過高，易形成高粘殘留物，難以排出。
- PCB與BGA焊盤設計：大面積熱沉焊盤（如QFN/BGA底部）若未合理設計排氣過孔，氣體易被封閉在焊點下方。
- 元器件或PCB受潮：未充分烘烤的物料在回流過程中釋放水汽，加劇空洞形成。
2. 工藝參數設置不當
- 鋼網開孔不合理：開孔面積比不足（<0.66）或厚度不匹配，導致錫膏釋放不充分或堆積過多；
- 貼裝偏移：BGA焊球與PCB焊盤未精準對位，形成局部間隙，氣體滯留；
- 回流焊曲線不優化：預熱不足導致助焊劑未充分活化；升溫過快使氣體來不及逸出；峰值溫度或時間不足，焊料未完全熔融潤濕。
3. 環境與設備因素
- 車間濕度控制不佳：高濕環境增加物料吸潮風險；
- 氮氣保護不足：在無鉛焊接中，缺乏氮氣氛圍會加劇氧化，影響潤濕性；
- 檢測手段缺失：未配置X-ray或3D AXI設備，無法及時發現并反饋空洞問題。
三、降低BGA空洞率的SMT工藝優化方案
針對上述成因，1943科技在實際生產中總結出一套系統性優化方法，已在多類高復雜度產品中驗證有效：
1. 材料與設計協同優化
- 選用金屬含量適中（88%~90%）、粒徑分布合理的無鉛焊膏（如SAC305）；
- 推薦客戶在BGA熱焊盤區域設計微孔陣列或導氣槽，提升排氣效率；
- 對BGA器件及PCB嚴格執行烘烤規范（如125℃/24h），確保水分含量達標。
2. 鋼網與印刷工藝精準控制
- 鋼網厚度按BGA間距分級設定（如0.8mm間距采用0.12mm厚鋼網）；
- 開孔采用階梯鋼網或激光拋光+納米涂層技術，提升脫模率；
- SPI（錫膏檢測）實時監控印刷體積、厚度與偏移，確保一致性。
3. 回流焊曲線精細化調校
- 預熱階段：150~180℃維持90~120秒，充分活化助焊劑并緩釋揮發物；
- 回流階段：峰值溫度控制在240~245℃（無鉛），液相時間≥45秒，確保充分潤濕；
- 冷卻階段：采用緩冷（≤2℃/s），減少焊點內應力與收縮空洞；
- 在條件允許下，引入氮氣保護（O?<1000ppm）或真空回流焊技術，顯著降低空洞率。
4. 全流程檢測與閉環改善
- 貼片后通過高精度AOI檢測貼裝偏移；
- 回流后采用X-ray對BGA區域進行空洞率定量分析（支持IPC-A-610 Class 3標準）；
- 建立空洞缺陷數據庫，結合MES系統實現工藝參數動態反饋與優化。
四、結語：以工藝創新驅動高可靠性制造
BGA空洞控制并非單一環節的優化，而是貫穿DFM設計、物料管理、SMT制程到檢測驗證的系統工程。1943科技始終堅持以“零缺陷”為目標，通過尖端設備、嚴謹制程與專業工程團隊，為客戶提供從打樣到量產的全周期SMT貼片解決方案。
無論您是研發階段的快速驗證，還是大批量生產的良率攻堅，我們都可為您定制PCBA加工方案，助力產品一次成功、快速上市。
2024-04-26
