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混装工艺条件下BGA的收缩断裂问题

精彩内容

所谓收缩断裂，是作者根据BGA 焊点裂纹的特征命名的一种BGA焊接断裂缺陷，它是焊点在半凝固状态下被拉开而形成的。由于焊点裂缝形态类似金属凝固收缩的特征，因此命名为收缩断裂。

收缩断裂的裂纹特征如图5-16所示，它属于焊接过程形成的裂缝型缺陷，不像机械应力那样脆断，它在大多数情况下仍然”藕断丝连“，具有导电性。

收缩断裂

焊点从PCB侧开始单向凝固，在BGA侧还没完全凝固时因BGA四角上翘而形成收缩裂缝。

我们知道，BGA焊点的冷却主要靠BGA和PCB的传导。由于BGA的封装特点，BGA载板上的焊盘几乎以同样的速率冷却。但PCB上的焊盘，会因每个焊盘的连线方式不同而冷却快慢也不同。如果与BGA焊盘直接引出，其焊点会从PCB侧开始先期凝固（单向凝固）。BGA焊盘连线设计如图5-17所示。

另外，BGA的翘曲最大的地方是四个角，如果先凝固的点位于脚部，就可能因拉开而得不到熔融焊锡的补充出现断裂。

BGA焊盘

因此，可以总结得出收缩断裂的原因：一是BGA的出现变形；二是发生了单向凝固。

PBGA为双层结构，因此若加热不平衡会四交起翘。

根据众多案列的分析，我们发现这些断裂点具有以下共同点。

（1）位置：多数位于BGA角部3个焊球的范围内。个别案列出现在边中心部位，但极少见。

典型的情况，位置固定并连有一根长的导线，如图5-18和图5-19所示。

（2）发生此类的单板具有比较明确的范围：全部为PBGA，p=1.0mm。

PCB的厚度为1.6mm，少部分为2.0mm。薄到PCB冷却速率比较快，容易发生单向凝固。

（3）冷却速率大于2.0℃/s。

BGA失效点

另外，失效批次单板生产所用温度曲线也有一些共同点，即出现收缩断裂的BGA，其冷却速率大多在2.4℃/s以上，没有发生问题的多在2℃/s一下，这也能够解释为什么有时会集中在几条线上（实际上是温度曲线的影响）。

（1）BGA布线设计应避免角部3mmX3mm位置处的焊盘以长导线方式引出（封装外伸出5mm以上）。

（2）严格控制再流焊接时的冷却速率应小于2℃/s。

（3）（强烈建议）将BGA上线干燥列为常规要求。

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