BGA焊接失效的種類(lèi)眾多，包括焊料空洞失效，焊點(diǎn)失效和熱應力導致的元器件失效等，為了研究BGA封裝失效的機理，我們使用高低溫氣流沖擊系統，對無(wú)鉛焊接的 BGA進(jìn)行失效分析，分析內容如下。
BGA焊接失效分析：
試驗設備：環(huán)儀儀器 高低溫氣流沖擊系統
測試對象：對焊球節距為1.3mm ，封裝尺寸為30mm*30mm的BGA進(jìn)行冷熱沖擊試驗
試驗過(guò)程：
將BGA封裝的元器件放置在高低溫氣流沖擊系統的載板上，根據JEDEC 規定的冷熱沖擊試驗的溫度范圍和變化率，從35 ℃開(kāi)始上升到125℃，在此停留15min，然后再降到-65℃，在-65 ℃同樣停留15 min，這樣，以-65~+125 ℃為一個(gè)循環(huán)。
通過(guò)600個(gè)循環(huán)后，停止冷熱沖擊試驗，將樣品靜置30min 后取出，通過(guò)拋磨的方式做成切片。
試驗結果分析：
冷熱沖擊試驗，由于其溫度改變率大，在高低溫段停留的時(shí)間長(cháng)，因此，比一般的熱循環(huán)會(huì )對元器件封裝造成更大的損傷，在本研究中經(jīng)過(guò)600個(gè)循環(huán)后，從切片中可發(fā)現 BGA焊接處有明顯的失效行為，如圖2，圖3和圖4所示。
在圖2中與盲孔相連的焊接位置有空洞出現。溫度快速上升到高溫段并且停留的過(guò)程中焊料還會(huì )發(fā)生高溫蠕變，致使焊接位置的力學(xué)性能降低，熱應力增大;由于受到應力的作用，焊料中的氣體不能及時(shí)排出，造成焊料的大面積孔洞。這會(huì )阻礙熱量的傳遞，導致局部高溫，使元器件失效。
從圖3可以看出，介于焊球與焊盤(pán)間的焊料有微小的空洞。焊點(diǎn)的力學(xué)可靠性依賴(lài)于焊料與焊球和焊盤(pán)之間的結合，焊料的微觀(guān)結構和成分對其有決定性的影響。
圖4顯示了焊料的脆性斷裂，使 BGA 完全失效。
試驗結論：
1.裂紋處的 EDS 分析結果表明，在元器件回流焊和冷熱沖擊試驗中，由于焊盤(pán)表面的物質(zhì)與焊料中的物質(zhì)相互擴散，并形成IMC，這些不同物質(zhì)的熱膨脹系數不一致，導致焊點(diǎn)的可靠性降低，從而在高低溫沖擊下失效。
2.另外，焊料會(huì )與經(jīng)過(guò)沉Ni/Au 處理的焊盤(pán)表面的物質(zhì)相互擴散，從而降低它們之間的連接能力，使BGA失效。
如需了解更多BGA焊接失效分析研究，可以咨詢(xún)環(huán)儀儀器相關(guān)技術(shù)人員。
