在高密度、高性能电子产品的制造过程中，BGA（Ball Grid Array，球栅阵列）封装因其优异的电气性能、散热能力和高引脚密度，已成为主流封装形式之一。然而，在SMT贴片加工环节，BGA焊点空洞率偏高始终是困扰众多工程师与制造厂商的关键难题。空洞不仅影响焊点机械强度，还可能导致热传导效率下降、信号完整性受损，甚至引发产品早期失效。
作为专注SMT贴片加工十余年的高新技术企业，1943科技结合多年实战经验与工艺研究，分享BGA焊接空洞的成因，并提出可落地的工艺优化策略，助力客户实现高可靠性、高良率的PCBA制造。
一、BGA焊接空洞的典型特征与危害
BGA焊点空洞通常表现为焊球内部或焊球与PCB焊盘界面处的圆形/椭圆形气孔，尺寸从几微米至数百微米不等。其主要危害包括：
- 降低焊点强度：有效焊接面积减少，机械可靠性下降；
- 影响热传导：空洞阻碍热量从芯片向PCB传递，导致局部过热；
- 干扰信号完整性：高频信号路径中空洞可能引起阻抗不连续；
- 缩短产品寿命：在热循环或机械应力下，空洞易扩展为裂纹，加速焊点疲劳失效。
尤其在工业控制、医疗设备、通信基站等高可靠性领域，空洞率控制已成为客户验收的核心指标之一。
二、BGA空洞形成的主要成因分析
空洞本质是焊接过程中助焊剂挥发物、水分或空气被包裹在熔融焊料中未能及时排出所致。其成因可归结为以下三类：
1. 材料因素
- 焊膏特性：金属含量过高、焊粉粒径过细会增加焊膏致密性，阻碍气体逸出；助焊剂沸点过低或粘度过高，易形成高粘残留物，难以排出。
- PCB与BGA焊盘设计：大面积热沉焊盘（如QFN/BGA底部）若未合理设计排气过孔，气体易被封闭在焊点下方。
- 元器件或PCB受潮：未充分烘烤的物料在回流过程中释放水汽，加剧空洞形成。
2. 工艺参数设置不当
- 钢网开孔不合理：开孔面积比不足（<0.66）或厚度不匹配，导致锡膏释放不充分或堆积过多；
- 贴装偏移：BGA焊球与PCB焊盘未精准对位，形成局部间隙，气体滞留；
- 回流焊曲线不优化：预热不足导致助焊剂未充分活化；升温过快使气体来不及逸出；峰值温度或时间不足，焊料未完全熔融润湿。
3. 环境与设备因素
- 车间湿度控制不佳：高湿环境增加物料吸潮风险；
- 氮气保护不足：在无铅焊接中，缺乏氮气氛围会加剧氧化，影响润湿性；
- 检测手段缺失：未配置X-ray或3D AXI设备，无法及时发现并反馈空洞问题。
三、降低BGA空洞率的SMT工艺优化方案
针对上述成因，1943科技在实际生产中总结出一套系统性优化方法，已在多类高复杂度产品中验证有效：
1. 材料与设计协同优化
- 选用金属含量适中（88%~90%）、粒径分布合理的无铅焊膏（如SAC305）；
- 推荐客户在BGA热焊盘区域设计微孔阵列或导气槽，提升排气效率；
- 对BGA器件及PCB严格执行烘烤规范（如125℃/24h），确保水分含量达标。
2. 钢网与印刷工艺精准控制
- 钢网厚度按BGA间距分级设定（如0.8mm间距采用0.12mm厚钢网）；
- 开孔采用阶梯钢网或激光抛光+纳米涂层技术，提升脱模率；
- SPI（锡膏检测）实时监控印刷体积、厚度与偏移，确保一致性。
3. 回流焊曲线精细化调校
- 预热阶段：150~180℃维持90~120秒，充分活化助焊剂并缓释挥发物；
- 回流阶段：峰值温度控制在240~245℃（无铅），液相时间≥45秒，确保充分润湿；
- 冷却阶段：采用缓冷（≤2℃/s），减少焊点内应力与收缩空洞；
- 在条件允许下，引入氮气保护（O₂<1000ppm）或真空回流焊技术，显著降低空洞率。
4. 全流程检测与闭环改善
- 贴片后通过高精度AOI检测贴装偏移；
- 回流后采用X-ray对BGA区域进行空洞率定量分析（支持IPC-A-610 Class 3标准）；
- 建立空洞缺陷数据库，结合MES系统实现工艺参数动态反馈与优化。
四、结语：以工艺创新驱动高可靠性制造
BGA空洞控制并非单一环节的优化，而是贯穿DFM设计、物料管理、SMT制程到检测验证的系统工程。1943科技始终坚持以“零缺陷”为目标，通过尖端设备、严谨制程与专业工程团队，为客户提供从打样到量产的全周期SMT贴片解决方案。
无论您是研发阶段的快速验证，还是大批量生产的良率攻坚，我们都可为您定制PCBA加工方案，助力产品一次成功、快速上市。
2024-04-26
