1、2023年5月电子工艺技术Electronics Process Technology第44卷第3期55摘要：BGA（Ball Grid Array），即球栅阵列封装，是在封装体基板的底部制作阵列焊球作为电路的I/O端与印刷线路板(PCB)互联，广泛应用于各类PCBA中。采用田口方法开展试验设计，对一类球栅阵列封装器件植球方法进行了研究，通过评估焊点推力和焊接界面金属间化合物厚度等参数响应，获得了组装工艺参数对BGA器件植球特征的影响规律。关键词：BGA；红外植球；田口方法中图分类号：TN605文献标识码：文章编号：1001-3474（2023）03-0055-05Abstract:BGA(B
2、all Grid Array)is made make array solder balls at the bottom of the package substrate as the I/O end of the circuit to interconnect with the printed circuit board,which is widely used in all kinds of PCBA.Taguchi method is used to carry out experimental design,and the ball planting method for a clas
3、s of ball grid array packaging devices is studied.By evaluating the response of parameters such as the solder joint thrust and the thickness of intermetallic compounds,the infl uence of assembly process parameters on the planting ball characteristics of BGA packaging devices is obtained.Keywords:BGA
4、;infrared ball planting;Taguchi methodDocument Code:A Article ID:1001-3474(2023)03-0055-05BGA红外植球技术Infrared Ball Planting Technology for BGA符云峰，侯星珍，徐小娟，李小平，周凤龙FU Yunfeng,HOU Xingzhen,XU Xiaojuan,LI Xiaoping,ZHOU Fenglong（中国电子科技集团公司第二十九研究所，成都 610036）(The 29th Research Institute of CETC,Chengdu 610036
5、,China)0 引言目前，对BGA的植球1一般采用热板加热的方式，其加热原理如图1所示，基体与热板接触，通过热传导方式传热，加热时基体温度要大于植球焊盘温度。红外加热方式植球的加热原理如图2所示，通过焊球上方热辐射方式进行加热，基体受热影响温度要低于焊球。作者简介：符云峰（1 9 8 5-），男，毕业于电子科技大学，主要从事电子装联工艺的工作。doi:10.14176/j.issn.1001-3474.2023.03.015图1 热板植球加热原理图2 红外植球加热原理S i P 基体焊盘焊球T 21T 1S i P 基体焊盘焊球T 21T 12023年5月电子工艺技术Electronics
6、Process Technology56从对BGA器件内部焊点的影响评估可以看出，红外加热对内部器材的热影响要小于热板植球加热方式。另外一方面，BGA组装在使用过程中焊球在元器件一侧的连接存在较大的应力集中情况，如不能采用精确可控的组装方法进行植球焊接，会产生如图3所示的BGA元器件端一侧断裂缺陷，影响产品可靠性2-3。图3 B G A“断头”失效行为综上，本文通过田口方法开展试验设计，对BGA红外植球方法进行优化，基于红外加热原理进行BGA类元器件植球方法研究，使得植球器件下表面（非植球面）峰值温度小于150，降低植球温度对整个BGA基体的影响，提高BGA器件使用可靠性。1 试验方案设计本研
7、究采用田口方法进行BGA红外植球工艺优化试验设计，详细试验优化参数选择为：1）焊接介质。BGA植球存在预涂助焊剂与印刷焊膏植球两种方式，确定焊接介质对BGA植球影响，该项目作为2水平因素优化。2）IRS选项。对不同的元器件类型红外返修台提供了三个选项：Light-S、Light-B、Light-shiny 应对不同的元器件表面颜色及质量，直接影响到红外加热源的温度与波长，该因素作为3水平因素优化。3）能量级。影响上部加热区与底部加热区的热功率分配，需要优化该选项设置与加热过程匹配，因此该因素作为3水平因素优化。4）加热头位置。影响红外热源与接收体元器件之间的距离，对红外加热效率有影响，因此该因
8、素作为3水平因素优化。5）峰值温度。峰值温度值影响焊接过程的能量输入，影响化合物生成和扩散的激活能，因此该因素作为3水平因素优化。6）回流时间。为焊料液相线以上时间（即焊料融化时间）影响金属间化合物形态与厚度，因此该因素作为3水平因素优化。7）风冷速率。风冷速率影响焊料凝固过程，影响最终焊料力学性能，因此该因素作为3水平因素优化。8）底部动态控温温度。红外返修台具有底部动态控温功能，即在实时温度监控超过预定温度时停止加热，以减少对BGA植球面温度影响。因此该因素作为3水平因素优化。试验参数优化方案见表1。表1 L 1 8 试验方案设计表运行序焊接介质I R S 波长能量级加热头位置峰值温度/回
9、流时间/s风冷速率底部动态控温温度/1 助焊剂 L i g h t-S96 0%1 9 03 0L1 4 02 助焊剂 L i g h t-B 1 16 0%2 1 06 0M1 6 03 助焊剂L i g h t-S h i n y1 36 0%2 3 09 0H1 8 04 助焊剂 L i g h t-S98 0%2 1 06 0H1 8 05 助焊剂 L i g h t-B 1 18 0%2 3 09 0L1 4 06 助焊剂L i g h t-S h i n y1 38 0%1 9 03 0M1 6 07 助焊剂 L i g h t-S 1 1 1 0 0%1 9 09 0M1 8 0
10、8 助焊剂 L i g h t-B 1 3 1 0 0%2 1 03 0H1 4 09 助焊剂L i g h t-S h i n y91 0 0%2 3 06 0L1 6 01 0焊膏L i g h t-S 1 36 0%2 3 06 0M1 4 01 1焊膏L i g h t-B96 0%1 9 09 0H1 6 01 2焊膏L i g h t-S h i n y1 16 0%2 1 03 0L1 8 01 3焊膏L i g h t-S 1 18 0%2 3 03 0H1 6 01 4焊膏L i g h t-B 1 38 0%1 9 06 0L1 8 01 5焊膏L i g h t-S h
11、i n y98 0%2 1 09 0M1 4 01 6焊膏L i g h t-S 1 3 1 0 0%2 1 09 0L1 6 01 7焊膏L i g h t-B91 0 0%2 3 03 0M1 8 01 8焊膏L i g h t-S h i n y1 1 1 0 0%1 9 06 0H1 4 0试验方设计后确认田口方法评估的主效应参数为：P1：焊点推力，是评估焊接效果的重要手段之一，可以从宏观上评估焊接效果及可靠性；P2：焊料球力学性能，焊料球弹性模量影响后续BGA焊点在使用过程中的抗变形能力，因此通过推力试验中BGA焊球断口位置及形貌判定BGA焊球力学性能；P3：界面间化合物厚度及形态，
12、金属间化合物是判定焊接效果的最有效手段，因此通过金相剖切手段，采用SEM扫描电镜观测金属间化合物形态。最终确定本次试验的主效应汇总见表2。表2 田口试验主效应表序号评估内容属性值P 1焊点推力望大/P 2焊球力学性能望小/P 3金属间化合物望目1 3 m2 试验过程BGA红外植球过程如图4所示，首先预涂助焊剂或印刷焊膏再预置BGA焊球，最后调整红外加热参数装夹待焊BGA，并使用相应的红外加热设备完成第44卷第3期57表4 P 3 断裂指数表断口断裂指数脆性断裂1.0混合断裂0.5延性断裂0.0表3 P 1 推力测量结果 单位：c N运行序ABCDEFGHY 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y
13、7Y 81111111111 1 7 3.01 1 5 8.01 1 8 7.61 2 2 2.81 2 4 7.91 2 3 9.71 4 1 2.61 2 9 0.52122122221 2 7 2.01 2 3 2.21 2 3 1.41 2 4 5.01 2 3 8.91 2 4 1.61 3 4 8.91 2 1 8.63133133331 1 1 9.91 1 9 0.41 2 5 2.01 2 0 7.61 2 2 5.11 3 0 4.91 2 2 8.51 1 5 3.54111222331 1 4 6.91 1 4 3.11 1 3 1.11 1 4 7.31 1 1 8.
14、81 1 5 6.11 1 8 2.31 1 6 5.35122233111 0 6 8.81 1 0 0.01 0 9 6.91 1 4 2.11 2 5 6.61 2 1 6.31 1 9 2.01 2 3 6.96133211221 7 1 3.71 2 5 0.11 2 6 9.21 2 1 3.81 2 2 2.11 2 0 6.41 2 3 2.91 2 4 9.27112313231 1 9 8.21 1 7 9.71 2 0 1.71 1 9 1.21 1 8 5.01 2 1 4.11 2 0 5.51 2 2 7.48123321318 8 7.79 9 9.59 8 5.
15、99 9 1.41 0 5 2.11 1 3 8.11 1 8 0.51 0 3 3.29131332121 1 1 8.51 1 5 9.21 1 5 7.11 2 1 4.71 1 6 4.01 1 4 8.51 1 8 2.11 2 8 4.91 0213132211 0 4 3.71 0 7 0.11 1 1 3.41 1 0 1.51 2 2 4.21 1 3 3.11 1 7 5.31 1 6 1.01 1221113321 1 9 1.51 1 6 3.11 2 7 2.01 1 8 3.61 1 8 7.51 2 4 0.91 2 5 6.41 2 1 1.21 2232121
16、131 1 1 4.51 2 3 3.81 2 0 4.71 1 4 9.31 1 4 2.51 2 1 6.31 2 2 3.11 1 9 4.31 3212231321 1 5 2.51 1 7 0.71 1 8 2.71 2 2 4.81 1 6 6.41 2 8 0.51 1 8 2.41 2 2 7.51 4223212131 1 7 4.71 1 8 1.71 2 0 8.51 1 9 6.11 1 6 4.81 2 9 3.81 1 7 2.31 1 7 2.11 5231223211 1 4 0.21 1 7 2.01 2 1 1.61 2 0 1.31 1 8 9.51 1 7 0.41 2 3 1.61 1 9 9.61 6213323121 1 3 0.71 1 8 9.81 1 7 6.21 1 5 0.11 2 2 8.41 1 7 0.71 3 1 3.51 1 9 3.81 7221331231 1 0 5.61 2 1 2.61 2 6 3.51 1 3 2.01 2 1 3.51 2 3 0.91 2 1 0.81 1 3 5.81 823231231
