【失效分析】BGA焊点气泡过大分析

09月,30,2022 | 浏览次数：37140

一、失效背景调查

公司內部某单位所使用的U73Z002.00 PCB回流焊後發現U1 BGA出現大型空洞（area> 25%）。对该位置进行切片以确认不良现象，结果如下图所示：

根据IPC标准，BGA焊点气泡面积应 ≤25%

二、空洞产生机理
气体来源﹕
水汽：
(1) Flux与金属氧化物(SnO/CuO) 反应后产生水分
2RCOOH＋SnＯ/CuO—→Sn/Cu(RCOO)2＋H2O↑
(2) Flux中的有机酸酯化反应生成水
RCOOH＋R`OH—→RCOOR`＋H2O↑
(3)组件、PCB或锡膏吸水、残留水汽

助焊剂中有机溶剂挥发：Flux中有机溶剂在焊接高温中挥发产生气体。PCB焊盘盲孔

残留空气锡膏印刷时，锡膏覆盖在盲孔上使孔内空气难以逃溢；回流焊时，内部空气受热膨胀，形成上圆下尖形状的空洞。

1.由此可得：
盲孔结构和PCB吸水残留水汽可能是该种空洞不良的主要原因。

                无大气泡的盲孔结构焊球（范例）

盲孔底部角度平滑，孔壁完整无Crack，不易积存水汽。

                        出现大气泡的盲孔结构焊球

盲孔底部凹坑，易积存水汽液体。

2.理论计算(1.72倍)与切片结果(1.77倍)相符，因此该空洞可能为盲孔残留的空气膨胀后形成。

3.切片图测量可知该空洞直径达200~300µm，远大于盲孔内残留空气热膨胀造成的空洞，所以该空洞不是仅仅由于盲孔内残留的空气膨胀所产生。
切片图片显示盲孔底部存在凹坑，PCB制造需要经过许多湿制程，凹坑容易积存水等液体物质，并且不易被完全烘干，过SMT时这些液体就会气化而产生大型空洞。
结  论
盲孔上的空洞产生可能与盲孔结构或PCB吸水残留水汽有关。盲孔结构上的较小空洞是由盲孔内残留空气膨胀所造成，但并不会形成过大的空洞。
过大空洞的产生原因可能为盲孔底部存在凹坑以及孔壁裂纹，导致PCB湿制程中的水汽等液体残留于盲孔侧壁中，在回流焊高温时汽化膨胀而成。
改善建议
建议采用电镀填孔工艺，避免盲孔中的空气受热膨胀产生气泡。
针对小型盲孔，建议采用激光钻孔技术，避免盲孔底部凹坑的产生。
若选择不改变工艺，建议在焊接前对PCB进行烤板烘干处理。

吹孔

焊接时，孔壁上的破孔向外吹气称为吹孔。

PCB通孔的破孔一般与钻孔﹑镀铜等流程有关﹐由于PCB基材需要经过许多湿制程，难免会从破孔处吸入水汽、化学物质，这些物质在高温下可能放出大量的气体。

这些气体会沿着孔壁的吹孔排放到焊锡中，加剧了大气泡的生成。

相关阅读：

优尔鸿信检测失效分析服务

优尔鸿信检测能力验证报名

【失效分析】螺柱断裂不良分析

几种常用的BGA焊点缺陷或故障检测方法

【失效分析】主板BGA裂纹案例分析