一、銲點(diǎn)的老化

完成焊接后其銲點(diǎn)主體合金之結(jié)晶組織，事實(shí)上并不就此穩(wěn)定會(huì)隨著時(shí)間而逐漸變大，以減少眾多疆界所造成的內(nèi)應(yīng)力〈通常疆界為雜質(zhì)的集中地、能量較高、穩(wěn)定度很差）。即使在室溫中其實(shí)即已超過了常見共熔合金所需的再結(jié)晶溫度。由于晶粒變大疆界變少，故疆界中的雜質(zhì)濃度也就相對(duì)升高了。  一旦當(dāng)銲點(diǎn)的Fatigue life已消耗掉25%時(shí)，將會(huì)有Microvoid在疆界中出現(xiàn)。而當(dāng)疲勞壽命消耗掉40%時(shí)，還會(huì)進(jìn)一步劣化而產(chǎn)生Microcrack，致使銲點(diǎn)又更加衰弱了。

二、 CTE的失配

一旦焊接三成員〈引腳、銲料、墊面）其總體性熱脹系數(shù)的CTE-mismatch落差較大時(shí)，則其銲點(diǎn)強(qiáng)度的劣化還會(huì)加速，例如：陶瓷BGA本身的CTE為2ppm/℃，但FR-4電路板的CTE卻為14 ppm/℃ ，兩者間的焊接強(qiáng)度就不易很好，下圖即為明顯二例。至于局部性的CTE失配也常會(huì)發(fā)生，如銅材的17 ppm/℃，陶瓷的18 ppm/℃，Alloy42的20 ppm/℃，但比起上述總體性失配的效果，當(dāng)然要輕微一些。有時(shí)甚至連十分均質(zhì)的Sn63/Pb37，其組織中的多錫區(qū)與多鉛區(qū)（兩者之間也會(huì)出現(xiàn)6 ppm/℃的內(nèi)在CTE-mismatch。

圖1、說明腳頂與載板之分裂，是出自熱脹系數(shù)CTE失配落差太大所致。

三、失效模式范例

此處共搜羅了7種失效模式，并附上圖片以供讀者按圖索驥而較容易找出問題的真相，現(xiàn)分述于后：

(1）冷焊

指Reflow過程中，球腳下PCB墊面的錫膏，由于熱量不足而并未完全與球體熔合。此時(shí)之球面會(huì)呈現(xiàn)粗糙之顆粒狀外表，且還會(huì)出現(xiàn)縮頸的現(xiàn)象，通常以腹底的內(nèi)球較容易發(fā)生冷焊。

(2)、焊墊本身不沾錫

指電路板BGA區(qū)的球墊表面遭到異物的污染，以致錫膏無法與底墊發(fā)生焊接的反應(yīng)，在無法吃錫之下其錫膏即被球腳所熔融吸走而呈現(xiàn)開路。不過此現(xiàn)象有時(shí)也可能因載板彎翹而吊腳所致。當(dāng)PCB墊面採用ENIG時(shí)，其中的化鎳層一旦發(fā)生黑墊病徵者，也會(huì)呈現(xiàn)相同的不良情形。

圖2、左為典型冷焊之球腳；右圖為編者所補(bǔ)充，可清楚見到底墊處并未熔鍚。

(3)、落球

指BGA元件之先前植球不牢，在下游組裝焊接中又被再次加熱，以及受到外力拉扯而自其頸部分離，是熱機(jī)應(yīng)力所造成。但PCB的足部墊面卻經(jīng)常焊得很好而較少發(fā)生缺失。

圖3、圖說明PCB墊面焊性不良，右圖為ENIG發(fā)生黑墊時(shí)也會(huì)使球腳自墊面浮起。

圖4、此圖說明BGA元件在PCB墊面熔焊時(shí)，由于頂部銲點(diǎn)強(qiáng)度不足，以致球腳被PCB所拉下而成為開路

(4)失球

載板植球的過程中其球腳并未植牢，或后來又受到外力的撞擊而失球。此種缺點(diǎn)很容易自X-Ray或系統(tǒng)或線路測(cè)試（ICT）中所發(fā)現(xiàn)，但若只做為散熱或共同接地?zé)o關(guān)緊要之內(nèi)球，則又另當(dāng)別論。

圖5、圖為在PCB板面組裝前就已失落球腳者。

圖6、此為說明強(qiáng)熱中BGA載板發(fā)生向上彎翹的示意圖。

(5)載板'彎翹

事實(shí)上未來之無鉛焊接熱量大增中，不但大型PCB會(huì)發(fā)生彎翹，連有機(jī)載板本身也難逃上翹之變形，并還迫使腹底球腳也隨高矮起伏不定，下圖即為編者所補(bǔ)充說明者。

載板的板材雖為Tg180的BT樹脂，但卻與內(nèi)封所載晶片之CTE相差很大；因而當(dāng)受到無鉛太多的熱量時(shí)，載板就會(huì)發(fā)生向上彎翹的異常，致使四角的球腳出現(xiàn)被拉長或吊腳懸空等現(xiàn)象。即使焊牢也將因應(yīng)力與拉長下，造成焊接觸面積變小而強(qiáng)度不足，使得設(shè)計(jì)者連四角都不敢再安置球腳1/0 ，大型BGA最容易發(fā)生此種異常現(xiàn)象。

圖7、此三圖為大型BGA載板遭受強(qiáng)熱后變形現(xiàn)象

圖8、此圖說明BGA外圍角球受到外力傷害而發(fā)生焊墊浮起的災(zāi)情。右為熔焊中受到干擾后未能回正的畫面。

(6)機(jī)械外力之損傷

電路板組裝或測(cè)試時(shí)經(jīng)常會(huì)遭到意外的損傷，而且當(dāng)BGA變得很大時(shí)， 在其測(cè)試中也會(huì)造成球腳的外傷，進(jìn)而會(huì)影響后續(xù)銲點(diǎn)的強(qiáng)度。甚至完成PCBA的組裝后，仍會(huì)不小心受到外力的衝撞，有時(shí)連PCB板面銅墊也遭猛力拉起而浮離。為了保險(xiǎn)起見，可採塡底膠或四角另加角膠做為保固手段，甚至加大角墊面積或變?yōu)闄E圓形長墊等補(bǔ)強(qiáng)做法，但因設(shè)計(jì)者只會(huì)使用現(xiàn)成的商用軟體，故此法不易實(shí)施。

(7)熔焊熱量不足

當(dāng)腹底內(nèi)球所吸收熱量不足時(shí)，則球體本身無法融熔成為液狀，以致無法與錫膏癒合者，其外形將難以呈現(xiàn)正常變扁變矮之常態(tài)，下圖即為典型的例子。

圖9、左圖說明死角各內(nèi)球腳吸熱不足時(shí)，則體積較大的球腳并未全熔，以致無法與錫膏癒合，而呈現(xiàn)各自熔融的狀態(tài)。右圖腳底處開裂后各自進(jìn)一步再癒合的剖面圖。