PBGA失效原因及质量提升方法

BGA在电子产品中已有广泛的应用，但在实际生产应用中，以PBGA(PLASTIC BALL GRID ARRAY)塑料封装BGA居多。PBGA最大的缺点是对湿气敏感，如果PBGA吸潮后，在焊接中PBGA极易产生“爆米花”现象，从而导致PBGA失效。由于BGA返修难度颇大，返修成本高，因此，在smt制程中，上海汉赫电子对如何提升BGA质量越来越受重视。本文汉赫电子主要针对PBGA失效原因及质量提升方法进行分析。
　　
    BGA有不同类型，不同类型的BGA有不同的特点，只有深入了解不同类型BGA的优缺点，才能更好地制定满足BGA制程要求的工艺，才能更好地实现BGA的良好装配，降低BGA的制程成本。
　　
    首先，我们来看一下BGA的分类：BGA通常分为三类，每类BGA都有自己独特的特点和优缺点：
　　1、PBGA(PLASTIC BALL GRID ARRAY)塑料封装BGA
　　其优点是：
　　①和环氧树脂电路板热匹配好。
　　②焊球参与了回流焊接时焊点的形成，对焊球要求宽松。
　　③贴装时可以通过封装体边缘对中。
　　④成本低。
　　⑤电性能好。
　　其缺点是：对湿气敏感以及焊球面阵的密度比CBGA低
　　2、CBGA(CERAMIC BGA)陶瓷封装BGA
　　其优点是：
　　①封装组件的可靠性高。
　　②共面性好，焊点形成容易，但焊点不平行度交差。
　　③对湿气不敏感。
　　④封装密度高。
　　其缺点是：
　　①由于热膨胀系数不同，和环氧板的热匹配差，焊点疲劳是主要的失效形式。
　　②焊球在封装体边缘对准困难。
　　③封装成本高。
　　3、TBGA(TAPE BGA)带载BGA
　　其优点是：
　　①尽管在芯片连接中局部存在应力，当总体上同环氧板的热匹配较好。
　　②贴装是可以通过封装体边缘对准。
　　③是最为经济的封装形式。
　　其缺点是：
　　①对湿气敏感。
　　②对热敏感。
　　③不同材料的多元回合对可靠性产生不利的影响。
　　在此我们仅针对PBGA对湿气敏感的缺点，讨论在实际生产过程的相关工艺环节中防止BGA因吸潮而失效的方法。
　　PBGA的验收和贮存
　　PBGA属于湿敏性元件，出厂时均是采用真空包装，但在运输周转过程中很容易破坏其真空包装，导致元件受潮和焊点氧化，因此在元件入厂验收时，必须将元件的包装状态作为检验项目，严格将真空和非真空包装的元件区分开，真空包装的元件按照其贮存要求进行贮存，并在保质期内使用，非真空的元件应该放入低湿柜中按要求进行贮存，防止PBGA吸潮和引脚的氧化。同时按“先进先出”的原则进行控制，尽量降低元件的贮存风险。
　　PBGA的除湿方式的选择
　　受潮的PBGA在上线生产前要进行除湿处理。BGA的除湿通常有低温除湿和高温除湿两种，低温除湿是采用低湿柜除湿，除湿比较费时，通常在5%的湿度条件下，需要192小时，高温除湿是采用烘箱除湿，除湿时间比较短，通常在125摄氏度的条件下，需要4小时。在实际的生产中，对那些非真空包装的元件进行高温除湿后，放入低湿柜中贮存，以缩短除湿的周期。对湿度卡显示潮湿度超标的PBGA建议采用低温除湿，而不采用高温除湿，由于高温除湿的温度较高(大于100摄氏度)而且速度快，如果元件湿度较高，会因为水分的急促气化而导致元件失效。
　　PBGA在生产现场的控制
　　PBGA在生产现场使用时，真空包装的元件拆封后，必须交叉检查包装的湿度卡，湿度卡上的湿度标示超标时，不得直接使用，必须进行除湿处理后方可使用。生产现场领用非真空包装的元件时，必须检查该料的湿度跟踪卡，以确认该料的湿度状态，无湿度跟踪卡的非真空包装的元件不得使用。同时严格控制PBGA在现场的使用时间和使用环境，使用环境应该控制在25摄氏度左右，湿度控制在40-60%之内，PBGA现场的使用时间应控制在24小时以内，超出24小时的PBGA必须重新进行除湿处理。
　　PBGA的返修
　　BGA返修通常采用BGA返修台(BGA rework station)。生产现场返修装贴有PBGA的PCBA，若放置时间比较长，PBGA易吸潮，PBGA的湿度状态也很难判断，因此PBGA在拆除之前，必须将装PBGA的PCBA进行除湿处理，避免元件在拆除中失效报废，使BGA的置球和重新装配变得徒劳。
　　当然，在SMT制程中导致BGA失效的工艺环节和原因很多，比如ESD、回流焊接等等，要想降低SMT制程中BGA的失效，需要在多方面进行全面控制。对于PBGA而言，与元件吸潮相关的工艺环节在实际生产中往往被忽视，而且出现问题比较隐蔽，往往给我们改善制程、提高制程质量造成了很多障碍，因此针对PBGA对湿气敏感的缺点，在生产制程中，从以上几个方面着手，针对性的采取有效应对措施，可以更好地减少PBGA的失效，提高PBGA的制程质量，降低生产成本