一、局部熱脹系數(shù)之差異

由于晶片本身的CTE只有3ppm/℃，而有機載板卻接近15  ppm/℃ ，于是當封裝與組裝中遭受到強大熱力，以及元件后續(xù)工作中內(nèi)部放熱等情形，均將造成很大拉伸應(yīng)力，進而在累積應(yīng)變之下，經(jīng)常造成頸部開裂之斷頭情形。不過在採用銀膠做為安晶的步驟中，若能加厚其銀膠者也可減緩一些局部CTE-mismatch的難題。由于腹底中央?yún)^(qū)不易得到足夠的熱量而難以焊牢之下，使得設(shè)計者只敢將重要的訊號球置于腹底之外圍，內(nèi)部只能安排一些無關(guān)緊要的接地球與散熱球而已。

二、球腳高度

焊后球腳之高度愈高者其可靠度也較好，通常63/37的焊后球高約400-640μm，但Sn/Pb90者則可增高至760-890μm。 一般而言，各種高溫過程都會使球高變扁；例如某球原高750μm，載板植著后之高度降為625μm，PCB組裝后更會降到500μm。球腳愈扁者其可靠度愈差。右表即為63/37球高與球距以及墊徑三者之關(guān)系。原球高度經(jīng)熔焊后通常會矮化10% ，有散熱片者更將會失高250%。

圖1、此二圖說明球高過度變矮之不良現(xiàn)象

三、焊墊形狀與表面處理的影響

BGA之頂部載板植球處多次受熱后，可能會因剪力而造成介面之開裂，因而其球墊須特別採用風(fēng)險較少之"綠漆設(shè)限"式設(shè)計。但此種限制銲料擴展的銲點，在無法盡興散錫下，將成為應(yīng)力集中的危險區(qū)域，其可靠度將大受威脅。在相同站立高度之情形下，若將SMD改變NSMD時，則銲錫在擴張地盤中會往銅墊之側(cè)壁流下，形成有如倒鉤般的強力結(jié)合。在高度不致過度變矮但卻可儘情發(fā)揮的PCB銲點，其后續(xù)的疲勞壽命將比載板銲點更可延長1.25-3倍之多。

圖2、左二圖說明應(yīng)NSMD與SMD之不同設(shè)計及其殘馀應(yīng)力所造成鎳面銲點的開裂情形。右顯示SMD焊點受損之微現(xiàn)。

墊面ENIG處理層，由于會發(fā)生黑墊的麻煩，故不適于做為BGA的焊接用途。形成黑墊的主因是金水攻擊較為老弱的化鎳表面，以致置換過程鎳層來不及溶走，卻被快速沉積的金層所包圍，而在內(nèi)部繼續(xù)氧化劣化而成為NixOy式的黑墊。

圖3、左圖說明載板腹底SMD墊面植球與綠漆受損等不良，右圖為編者所補充之植球介面，由于多量助焊劑滲入以及綠漆與金面附著力不足之雙重折磨，致使綠漆底下已有銲錫潛入，造成可靠度劣化之現(xiàn)象。

圖4、此圖說明超大空洞的球腳，將無法通過可靠度的測右為編者所補充無鉛球腳與鍚膏，因SAC鍚膏吸水造成巨大空洞彼此推擠而在相鄰球腳間形成短路之情形。

再者PCB板面之BGA球墊區(qū)域內(nèi)或附近區(qū)域，最好不要設(shè)置PTH，以防錫膏熔焊中會往孔內(nèi)流錫。至于具有墊內(nèi)盲孔者則更容易引發(fā)焊點中的空洞，目前由于盲孔內(nèi)空氣所造成的額外空洞在前文中認為，此種額外空洞的允收可以另談。事實上根本無法分清楚何者是錫膏有機物與水氣或由盲孔造成之空洞。業(yè)界正在努力設(shè)法利用電鍍銅方式將之塡平，目前口徑2mil以下的盲孔已有成效，但5mil以上較大盲孔的塡平還很困難。

四、球腳鮮點之失效分析

(1)溫度循環(huán)：

刻意使板面焊妥的BGA或CSP，通過各種高低溫之多次熱循環(huán)折磨，或熱震靈后，其焊點經(jīng)常自載板處發(fā)生斷頭，卻較少發(fā)生PCB處之斷腳。此乃出自剪力模式之失效。

圖5、此為組裝板經(jīng)溫度循環(huán)老化后，從滲紅試驗與微切片檢查所見到銲點開裂的情形

(2)彎折試驗：

當銲妥BGA或CSP之PCB板面，通過機械強迫性之彎折試驗后，不但會出現(xiàn)斷頭而且也會發(fā)生斷腳，其中尤以四個角落區(qū)域原本即已累積應(yīng)力者，或板長方向所外列的球腳，也都很容易發(fā)生斷頭或斷腳。若以PCB板面之貼裝位置而言，此項試驗以板中央容易彎折區(qū)最易失效。

圖6、此為彎折試驗后 ，從滲紅試驗與微切片檢查所見到焊點 開裂的情形

(3)掉落試驗：

當焊妥BGA或CSP手執(zhí)電子品之組裝板進行掉落試驗時，其四角區(qū)也最容易斷腳與斷頭。上述彎折試驗與此處之掉落試驗兩者之失效機制，理論上均應(yīng)屬于撕起式模式。

圖7、此為掉落試驗后，從與微切片檢查所見到焊點開裂的情形

為了減少各類手執(zhí)電子品中BGA/CSP的球腳銲點開裂起見，美商Amkor曾于此等面積格列式元件四個角落的兩側(cè)，以沾膠的方式加強與板面之間的額外接著工程，特稱為Corner Fill以代替昂貴覆晶封裝的Under Fill做法。

圖8、此四圖均為美商Amkor公司對手機板常用各種CSP，建議改善其焊接后機械強度之"加角膠"做法。