电路板表面贴装操作与缺陷分析(附件)【字数：7071】
论文从工艺路线、工艺设备、工艺材料与检测技术等方面入手，针对典型缺陷进行分析。重点对BGA贴装、波峰焊操作及缺陷分析，例如镜面对贴BGA缩锡断裂、焊点机械应力断裂、失效单板与脱落、热重熔断裂、孔盘边缘不润湿、金属化孔透锡不良等等。结合问题表象，分析形式原因及机理，有针对性地给出了解决的关键举措。
引言 1
一、BGA贴装操作与缺陷分析 2
（一） 镜面对贴BGA缩锡断裂 2
（二） 焊点机械应力断裂 3
（三） 失效单板与脱落 4
（四） 热重熔断裂 5
（五） BGA焊盘不润湿 3
（六） BGA焊点间桥连 4
二、 波峰焊操作与缺陷分析 6
（一） 波峰焊后插件孔盘边缘不润湿 6
（二） 表面过炉后变色 7
（三） 波峰焊接时金属化孔透锡不良 8
（四） OSP板个别焊盘不润湿 9
（五） 单面塞孔 10
（六） 焊接后进松香 11
（七） 虚焊与桥连 13
（八） 焊盘上开金属化孔引起的虚焊、冒锡球 13
结论 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
电路板表面贴装操作工艺涉及到工艺路线、工艺设备、工艺材料与检测技术。技术也在不断发展，例如最新的任意层填隙式导通互连技术，积层的任意层间互连全由埋/盲导通孔来实现，线路制作全部采用减成法，省去了电镀生产线，各层线路可以并行制作，一次压合，具有交期短的优势。
60%～80%的组装缺陷源于焊膏的分配，因为元件与电路之间的电气和机械连接有赖于良好焊点形状的保证，而良好焊点形状的形成依赖于合适的焊膏量，例如桥连、开路、焊料不足等缺陷，很多情况下，都是因为“焊膏量”而引起的。常见的再流焊接缺陷有：焊锡不足、桥连、开路（翘角）、偏移、锡球、锡珠、不润湿、弱润湿、芯吸、渗析、孔洞、冷焊、扰动焊锡、立碑、无再流等，这些缺陷大部分可容易地从外观形态进行判断。
一、BGA贴装操作与缺陷分析
（一）镜面对贴BGA缩锡断裂
1.缺陷表现
单板上镜面对贴BGA发现虚焊现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
象。单板为双面贴装板，失效BGA为顶面上镜像对贴的BGA，此BGA尺寸为14mm×9mm塑封BGA，如图745所示。采用托盘过炉工艺。根据功能分析，定位为图11所示位置的焊点虚焊，右边为切片图。
图11 焊点虚焊和切片图。
2.缺陷分析
从切片看，IMC留在BGA焊盘侧，同时，裂纹焊球侧表面似乎为熔融状态断裂。根据这两点，基本可以确认为“缩锡断裂”失效。首先看一下图12所示的过炉受热环境。使用托盘，基本消除了PCB在焊接过程中的变形，但同时与镜面对贴BGA一起改变了顶面BGA的受热环境，使得顶面上的BGA中心部位焊点（焊球）温度高于周边焊点温度。
图12 回流焊设备
这导致了两个结果：顶面上的BGA中心部位焊点（焊球）后于周边焊点凝固；顶面上的BGA在冷却过程中逐渐由笑脸（U形）变哭脸（倒U形），在周边已经凝固焊点的支撑下，中间焊点将受到拉伸。如果中心部位焊点处于半凝固状态，则会发生缩锡断裂，如图13。
图13 缩锡断裂
这与通常情况下发生缩锡断裂的道理是一样的，都是发生在凝固开始的一段时间内。之所以这个电路板中BGA的缩锡断裂出现在BGA中心，是由于镜像对贴以及使用托盘改变了BGA中心与边缘焊点的凝固顺序。从布线看，失效焊点只占用半个导通孔的导热能力，，这就意味着冷却更快，发生缩锡断裂就有一定的道理。通过电路板可以看到，BGA对受热状态十分敏感，这也是BGA焊接需要更长时间的一个原因。温度曲线的设置应尽可能使BGA的所有焊点同时凝固，也就是减少再流焊接的延迟时间。
3.缺陷预防
缩锡断裂焊点是一种复杂而难以预测的焊接不良现象，取决于多种因素，非常随机。一般发生概率不高，平均为0.3％左右，多与空气湿度有关。缩锡断裂焊点有时检测不出来，会对可靠性构成威胁。缩锡断裂只发生在特定的封装与PCB厚PCBA上，且只出现在四角位置。有比较成熟的工艺方法可以预防——四角焊点加大焊膏量，上线前对BGA进行干燥，使用托盘过炉。PCB的动态变形是造成缩锡断裂和应力断裂的一个重要影响因素，使用托盘是非常有效的一项工艺管控措施。
（二）焊点机械应力断裂
机械应力引起的焊点断裂一般成因多为不规范人为“操作”，因此比较难以确认，但这类断裂具有非常典型的分布与裂缝特征。如图14所示的几种断裂情况，都属于机械应力断裂。
图14 典型机械应力断裂
机械应力引起的BGA开裂或断裂焊点，具有明显的区域分布特点、裂缝能够完全啮合，发生概率比较大，有时高达30％左右，这些与热疲劳断裂焊点有明显区别。有几种典型的断裂现象可以作为机械应力断裂的识别标志： BGA某区域焊点断裂；带有较重的胶粘散热器（≥50g）、散热器散热叶片变形；双BGA公用散热器；BGA布局在压接元器件附近；BGA布局在拼板边附近。一般而言，BGA的工艺性非常好，不容易发生问题。发生焊点断裂，80％以上情况为机械应力所致。
图15所示的单板为一机顶盒产品单板，机顶盒无法开机，经查为主板上BGA脱落所致。绝大部分焊点从焊球侧IMC层断开，其断口呈脆性断裂特征，还有少部分焊点从PCB基材断开，如图15所示。BGA完全从PCB上脱落是比较少见的一种失效模式，一般为运输过程中高程跌落而引发。
BGA完全脱落一般发生在这样的场景：BGA上粘装有较重的散热器，IMC较厚。从脱落现象看，有少部分焊点从PCB基材断开，这属于典型的过应力或冲击应力断裂特征，说明此板存在过应力操作（如运输跌落）。大范围焊点的脆断不是因为IMC超厚就是存在金脆现象。因此，分析的重点放在失效BGA的IMC形态与成分上。
图14 机械应力断裂现象
（三）失效单板与脱落
1．缺陷现象
在高加速应力筛选（HASS）试验中发现某BGA焊点失效，失效BGA位置与失效焊点位置如图15所示，右边为切片图。
引言 1
一、BGA贴装操作与缺陷分析 2
（一） 镜面对贴BGA缩锡断裂 2
（二） 焊点机械应力断裂 3
（三） 失效单板与脱落 4
（四） 热重熔断裂 5
（五） BGA焊盘不润湿 3
（六） BGA焊点间桥连 4
二、 波峰焊操作与缺陷分析 6
（一） 波峰焊后插件孔盘边缘不润湿 6
（二） 表面过炉后变色 7
（三） 波峰焊接时金属化孔透锡不良 8
（四） OSP板个别焊盘不润湿 9
（五） 单面塞孔 10
（六） 焊接后进松香 11
（七） 虚焊与桥连 13
（八） 焊盘上开金属化孔引起的虚焊、冒锡球 13
结论 15
参考文献 16
谢辞 17
引言
电路板表面贴装操作工艺涉及到工艺路线、工艺设备、工艺材料与检测技术。技术也在不断发展，例如最新的任意层填隙式导通互连技术，积层的任意层间互连全由埋/盲导通孔来实现，线路制作全部采用减成法，省去了电镀生产线，各层线路可以并行制作，一次压合，具有交期短的优势。
60%～80%的组装缺陷源于焊膏的分配，因为元件与电路之间的电气和机械连接有赖于良好焊点形状的保证，而良好焊点形状的形成依赖于合适的焊膏量，例如桥连、开路、焊料不足等缺陷，很多情况下，都是因为“焊膏量”而引起的。常见的再流焊接缺陷有：焊锡不足、桥连、开路（翘角）、偏移、锡球、锡珠、不润湿、弱润湿、芯吸、渗析、孔洞、冷焊、扰动焊锡、立碑、无再流等，这些缺陷大部分可容易地从外观形态进行判断。
一、BGA贴装操作与缺陷分析
（一）镜面对贴BGA缩锡断裂
1.缺陷表现
单板上镜面对贴BGA发现虚焊现 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
象。单板为双面贴装板，失效BGA为顶面上镜像对贴的BGA，此BGA尺寸为14mm×9mm塑封BGA，如图745所示。采用托盘过炉工艺。根据功能分析，定位为图11所示位置的焊点虚焊，右边为切片图。
图11 焊点虚焊和切片图。
2.缺陷分析
从切片看，IMC留在BGA焊盘侧，同时，裂纹焊球侧表面似乎为熔融状态断裂。根据这两点，基本可以确认为“缩锡断裂”失效。首先看一下图12所示的过炉受热环境。使用托盘，基本消除了PCB在焊接过程中的变形，但同时与镜面对贴BGA一起改变了顶面BGA的受热环境，使得顶面上的BGA中心部位焊点（焊球）温度高于周边焊点温度。
图12 回流焊设备
这导致了两个结果：顶面上的BGA中心部位焊点（焊球）后于周边焊点凝固；顶面上的BGA在冷却过程中逐渐由笑脸（U形）变哭脸（倒U形），在周边已经凝固焊点的支撑下，中间焊点将受到拉伸。如果中心部位焊点处于半凝固状态，则会发生缩锡断裂，如图13。
图13 缩锡断裂
这与通常情况下发生缩锡断裂的道理是一样的，都是发生在凝固开始的一段时间内。之所以这个电路板中BGA的缩锡断裂出现在BGA中心，是由于镜像对贴以及使用托盘改变了BGA中心与边缘焊点的凝固顺序。从布线看，失效焊点只占用半个导通孔的导热能力，，这就意味着冷却更快，发生缩锡断裂就有一定的道理。通过电路板可以看到，BGA对受热状态十分敏感，这也是BGA焊接需要更长时间的一个原因。温度曲线的设置应尽可能使BGA的所有焊点同时凝固，也就是减少再流焊接的延迟时间。
3.缺陷预防
缩锡断裂焊点是一种复杂而难以预测的焊接不良现象，取决于多种因素，非常随机。一般发生概率不高，平均为0.3％左右，多与空气湿度有关。缩锡断裂焊点有时检测不出来，会对可靠性构成威胁。缩锡断裂只发生在特定的封装与PCB厚PCBA上，且只出现在四角位置。有比较成熟的工艺方法可以预防——四角焊点加大焊膏量，上线前对BGA进行干燥，使用托盘过炉。PCB的动态变形是造成缩锡断裂和应力断裂的一个重要影响因素，使用托盘是非常有效的一项工艺管控措施。
（二）焊点机械应力断裂
机械应力引起的焊点断裂一般成因多为不规范人为“操作”，因此比较难以确认，但这类断裂具有非常典型的分布与裂缝特征。如图14所示的几种断裂情况，都属于机械应力断裂。
图14 典型机械应力断裂
机械应力引起的BGA开裂或断裂焊点，具有明显的区域分布特点、裂缝能够完全啮合，发生概率比较大，有时高达30％左右，这些与热疲劳断裂焊点有明显区别。有几种典型的断裂现象可以作为机械应力断裂的识别标志： BGA某区域焊点断裂；带有较重的胶粘散热器（≥50g）、散热器散热叶片变形；双BGA公用散热器；BGA布局在压接元器件附近；BGA布局在拼板边附近。一般而言，BGA的工艺性非常好，不容易发生问题。发生焊点断裂，80％以上情况为机械应力所致。
图15所示的单板为一机顶盒产品单板，机顶盒无法开机，经查为主板上BGA脱落所致。绝大部分焊点从焊球侧IMC层断开，其断口呈脆性断裂特征，还有少部分焊点从PCB基材断开，如图15所示。BGA完全从PCB上脱落是比较少见的一种失效模式，一般为运输过程中高程跌落而引发。
BGA完全脱落一般发生在这样的场景：BGA上粘装有较重的散热器，IMC较厚。从脱落现象看，有少部分焊点从PCB基材断开，这属于典型的过应力或冲击应力断裂特征，说明此板存在过应力操作（如运输跌落）。大范围焊点的脆断不是因为IMC超厚就是存在金脆现象。因此，分析的重点放在失效BGA的IMC形态与成分上。
图14 机械应力断裂现象
（三）失效单板与脱落
1．缺陷现象
在高加速应力筛选（HASS）试验中发现某BGA焊点失效，失效BGA位置与失效焊点位置如图15所示，右边为切片图。
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