常见的BGA混装工艺误区分享

BGA混装工艺中，存在关于铅相扩散不完整的误区。随着全球无铅工艺的普及，大多数BGA器件已采用无铅工艺，但由于特殊需求部分企业仍使用有铅制程进行焊接。对于不涉及BGA器件的产品，其工艺可以完全按照有铅工艺进行操作。只有含有无铅BGA的有铅制程才属于真正的混装工艺。对此，业界存在不同的观点。

观点1：更换锡球派（SJ派）
此观点认为在无铅BGA用于有铅工艺时必须更换锡球，即清除原有的无铅锡球，替换为有铅锡球，并进行适当的清洁后再使用。

这种观点的好处是可以彻底执行
有铅工艺，但也存在不利因素：
1)清除无铅锡球并植入有铅锡球会造成两次热冲击，影响器件的寿命；
2)除球过程中可能导致BGA焊盘的脱落或损坏；
3)现在BGA器件的锡球数量极多，更换锡球会增加植球的不良率；如果是手工植球，则会耗时耗力。更糟的是，如果某个球的植球存在缺陷，而没有有效的BGA器件测试工具，则会增加焊的接困扰。

观点2：不更换锡球派（XJ派）
XJ派观点认为无需更换锡球，直接使用有铅锡膏进行焊接，称为混装工艺。XJ派混装工艺被认为是主流，但在内部也存在两种具体的细分观点。

一种观点认为，在无铅BGA中使用有铅锡膏焊接时，不需要担心无铅锡球是否熔化，可以完全按照有铅工艺进行操作。这是因为高铅BGA锡球不熔化，只有锡膏会熔化并润湿锡球，从而完成焊接。这种焊接方式的可靠性同样满足Class 3产品的要求。

另一种观点认为无铅BGA锡球应完全熔化，但为了降低器件本体热冲击影响，焊接温度曲线应在无铅工艺的下限和有铅工艺的上限之间。IPC-7350中建议混合工艺下BGA焊点的温度为228°C到232°C，实际上，同一颗BGA内部焊点和外部焊点的温度差异都会超过4°C。这种混合工艺的建议焊接温度曲线即熔融时间在60~90秒内，无铅BGA锡球的熔化时间及所受热能有限，会出现所谓的混合工艺铅相扩散不均匀的现象。

图1. ENIG混装工艺铅相向锡球内扩散

铅相扩散均匀与焊点可靠性
铅相扩散不均匀的现象是指已经熔化的有铅锡膏中的铅元素在BGA无铅锡球熔化后开始扩散进入锡球，铅在底部焊锡膏内，如图1所示。而铅相扩散均匀是指在完全熔化焊接完成的基础上，给予更多的热量和焊接时间，使金属原子混合更均匀，铅相扩散均匀。铅相扩散均匀的同时会产生较厚的IMC层，部分IMC过度生长可能会因基体无力承载导致焊点失效。

图2. 铅相均匀的混装工艺

那么，铅相扩散均匀是否代表焊点的强度和可靠性更高？还是铅相集中在PCB一侧使焊点可靠性更好一些？从逻辑上来说，有铅焊点的强度大于无铅焊点，而铅相扩散的不均匀并不会降低焊点的强度和可靠性。

需要指出的是，无论是铅相扩散均匀还是不均匀，焊点的可靠性都受到多个因素的影响，包括焊接温度曲线、焊接时间、焊接材料的特性等。同时，焊接工艺的控制、质量检测和可靠性测试也是确保焊点可靠性的重要环节。

在实际生产中，如果焊点的可靠性符合要求，没有发现焊接缺陷或故障，那么无需过分担心铅相扩散的均匀性或不均匀性。然而，如果产品出现焊点故障或不良问题，铅相扩散不均匀性可能成为问题的一个指示因素。

审核编辑 黄宇