印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
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技术专栏 | BGA焊点空洞:不容忽视的工艺缺陷!

发布时间: 2026-02-10 00:00
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技术专栏 | BGA焊点空洞:不容忽视的工艺缺陷!


球栅阵列封装(BGA)是一种集成电路表面黏着技术,通过底部锡球阵列替代传统引脚,应用于微处理器、通信芯片及消费电子产品的永久固定。该封装由芯片、封装基板和焊球阵列组成,连接方式包括引线键合与倒装焊。相比双列直插封装,BGA能容纳更多接脚,缩短导线长度以提升高速性能,并具备低电感、高导热性优势。



什么是BGA焊点空洞?


什么是BGA焊点空洞??

1.大空洞

2.平面微空洞

3.收缩空洞

4.微导通孔空洞

5.金属间化合物(IMC)微空洞

6.针孔空洞

BGA焊点空洞是指在焊接过程中,焊料内部或界面处形成的气体或挥发物未能完全排出,从而在固态焊点中留下的空隙。它们大小不一、形态各异,有的肉眼难辨,却可能对焊点的机械强度、导电性能和长期可靠性构成威胁。




空洞有哪些类型?

根据其成因与形态,BGA焊点空洞可分为六大类,每一类都有其独特的形成机制与影响:

类型

主要成因

对可靠性的影响

大空洞

焊接工艺中产生的挥发性化合物导致

通常不影响可靠性,除非位于裂纹扩展的界面区域

平面微空洞

如Im-Ag板银层下铜凹坑引起

影响产品长期可靠性

收缩空洞

焊料凝固过程中收缩导致,常见于无铅焊料

一般不影响焊点可靠性

微导通孔空洞

印制板连接盘上设计有微导通孔导致

若位于高应力区,较大空洞会影响可靠性

金属间化合物(IMC) 微空洞

通常发生在铜和高锡焊料形成的IMC中,IMC微空洞通常在高温老化后或在

焊点热循环期间产生

影响焊点可靠性,尤其在机械冲击或跌落时易引发脆性裂纹

针孔空洞

印制板铜连接盘上的针孔内截留化学物质,再流焊时挥发

若数量足够多,会影响焊点可靠性

💡 知识小测试(答案在文末):

哪种空洞和“Kirkendall效应”有关?(提示:与两种金属扩散速度不同有关)




为什么水汽是空洞的“催化剂”?

为什么水汽是空洞的“催化剂”?

在焊接的高温环境下,任何残留的水分都会急剧膨胀。例如,在245℃的回流焊温度下,一滴液态水可膨胀约2361倍。如果PCB或元器件受潮,这些水汽在焊接过程中无法及时逸出,便会在焊料中形成空洞,俗称“吹孔”。




如何检测与评判空洞?

目前,X射线透视检查是检测BGA焊点空洞最常用的无损方法。最终产品可接受的详细要求应当符合J-STD-001焊接的电气和电子组件要求; 工艺要求应当满足IPC-A-610 电子组件的可接受性的要求。

如何检测与评判空洞?
  • 可接受:X射线影像区内任一焊料球的空洞≤ 30%

  • 缺陷:X射线影像区内任一焊料球的空洞> 30%

超过标准的大空洞或密集微空洞需引起重视,并进一步通过切片分析、SEM扫描等手段探究成因。




真实案例:PCB微观缺陷引发的空洞异常

真实案例:PCB微观缺陷引发的空洞异常
真实案例:PCB微观缺陷引发的空洞异常

某电子产品在SMT贴片后,BGA芯片个别焊点空洞率超标。经切片分析发现,PCB焊盘为盖孔(VIPPO)工艺,其铜帽与孔角交界处存在微观缝隙。回流焊时,板材中的湿气沿该缺陷渗入焊料,受热膨胀后形成空洞,导致焊点可靠性下降。

该案例说明,空洞问题往往不只是焊接工艺问题,更可能与PCB制造、材料选型、存储环境等多环节相关。




如何预防BGA焊点空洞?

  • 控制环境湿度:严格管理PCB与元器件的存储与使用环境,避免吸潮。

  • 优化焊接工艺:合理设置回流焊温度曲线,预留充足预热时间,促进挥发物逸出。

  • 改进PCB设计:慎用微导通孔设计,确保焊盘表面处理均匀完整。

  • 加强来料检验:对PCB进行湿气敏感性测试,避免使用已受潮板材。

  • 推动材料升级:在高端应用中可采用低挥发性锡膏,或添加抗空洞助焊剂。




答案揭晓:

与Kirkendall效应相关的空洞:IMC微空洞



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