BGA焊接失效的種類眾多，包括焊料空洞失效，焊點(diǎn)失效和熱應(yīng)力導(dǎo)致的元器件失效等，為了研究BGA封裝失效的機(jī)理，我們使用高低溫氣流沖擊系統(tǒng)，對無鉛焊接的 BGA進(jìn)行失效分析，分析內(nèi)容如下。

BGA焊接失效分析：

試驗(yàn)設(shè)備：環(huán)儀儀器 高低溫氣流沖擊系統(tǒng)

測試對象：對焊球節(jié)距為1.3mm ，封裝尺寸為30mm*30mm的BGA進(jìn)行冷熱沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)過程：

將BGA封裝的元器件放置在高低溫氣流沖擊系統(tǒng)的載板上，根據(jù)JEDEC 規(guī)定的冷熱沖擊試驗(yàn)的溫度范圍和變化率，從35 ℃開始上升到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600個(gè)循環(huán)后，停止冷熱沖擊試驗(yàn)，將樣品靜置30min 后取出，通過拋磨的方式做成切片。

試驗(yàn)結(jié)果分析：

冷熱沖擊試驗(yàn)，由于其溫度改變率大，在高低溫段停留的時(shí)間長，因此，比一般的熱循環(huán)會對元器件封裝造成更大的損傷，在本研究中經(jīng)過600個(gè)循環(huán)后，從切片中可發(fā)現(xiàn) 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(xiàn)。溫度快速上升到高溫段并且停留的過程中焊料還會發(fā)生高溫蠕變，致使焊接位置的力學(xué)性能降低，熱應(yīng)力增大;由于受到應(yīng)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。這會阻礙熱量的傳遞，導(dǎo)致局部高溫，使元器件失效。

從圖3可以看出，介于焊球與焊盤間的焊料有微小的空洞。焊點(diǎn)的力學(xué)可靠性依賴于焊料與焊球和焊盤之間的結(jié)合，焊料的微觀結(jié)構(gòu)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(yàn)結(jié)論：

1.裂紋處的 EDS 分析結(jié)果表明，在元器件回流焊和冷熱沖擊試驗(yàn)中，由于焊盤表面的物質(zhì)與焊料中的物質(zhì)相互擴(kuò)散，并形成IMC，這些不同物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不一致，導(dǎo)致焊點(diǎn)的可靠性降低，從而在高低溫沖擊下失效。

2.另外，焊料會與經(jīng)過沉Ni/Au 處理的焊盤表面的物質(zhì)相互擴(kuò)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，可以咨詢環(huán)儀儀器相關(guān)技術(shù)人員。