機械應力和熱應力下的BGA焊點可靠性

BGA（球柵陣列封裝）是一種常見的集成電路封裝技術(shù)，它具有接觸面積大、信號傳輸效率高等優(yōu)點。然而，BGA焊點位于器件底部，不易檢測和維修，而且由于BGA功能高度集成，焊點容易受到機械應力和熱應力的影響，導致開裂或脫落，從而影響電路的正常工作。本文將分析應力作用下BGA焊點開裂的原因，并提出相應的控制方法。

機械應力和熱應力是BGA焊點開裂的主要因素

機械應力是指物體受到外力而變形時，在其內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生的相互作用力。BGA焊點在裝配和使用過程中，可能會受到來自不同方向的機械應力，如振動、沖擊、彎曲等。這些應力會導致焊點內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，甚至斷裂。

熱應力是指物體由于溫度變化而產(chǎn)生的脹縮變形，在外界或內(nèi)部約束的作用下，不能完全自由變形而產(chǎn)生的內(nèi)部應力。在高溫作用下，焊點內(nèi)部將持續(xù)產(chǎn)生熱應力，導致疲勞累積，造成焊點斷裂。

圖1. BGA焊點開裂

IMC過厚會降低焊點可靠性

IMC是焊料與焊盤之間形成的一種金屬化合物，它對焊點的強度和可靠性有重要影響。在無鉛工藝條件下，由于焊接溫度比有鉛工藝更高，時間更長，因而IMC的厚度相對更厚。再加上無鉛焊料本身比較硬，使得無鉛焊點比較容易因應力而斷裂。

如果BGA原始的IMC特別厚，即超過10μm，那么，在再流焊接時，IMC很可能發(fā)展成寬的和不連續(xù)的塊狀IMC，如圖所示。這種IMC相對于正常IMC，其抗拉和抗剪強度會低 20%左右，在生產(chǎn)周轉(zhuǎn)和裝配過程中，容易因操作應力而斷裂。

圖2. 塊狀IMC

BGA焊點開裂的控制方法

1.嚴格管控焊接溫度和時間，避免IMC持續(xù)生長。

2.采用低Ag+Ni無鉛焊料。Ag+Ni無鉛焊料具有優(yōu)良的抗機械振動性能。 Ag是加速界面IMC生長的元素，Ni對Cu3 Sn的生產(chǎn)具有抑制作用，低Ag+Ni可以有效阻止IMC生長。

3.減輕部件重量、增加機構(gòu)件如散熱器的托架、增加產(chǎn)品工作時剛性避免劇烈振動等，或變更生產(chǎn)工藝如使用膠黏劑加固等，以此提升焊點抵抗機械應力的能力。