技术资讯 | 选择性 BGA 焊膏的可靠性

随着时间的推移，采用 BGA 封装的器件密度不断提高，焊球数量也越来越多。由于器件之间的间距较小，焊球数量庞大且间距缩小，如今即使是一些简单的器件，也需要采用盘中孔的 HDI 工艺。为了确保良率，在组装时需要特别注意这些器件，并通过有针对性的 X 射线检查，确保成功焊接。

进入大批量生产阶段后，通常会面临降低成本的压力。为此，人们往往从高焊球数器件上的焊膏印刷入手。更换材料后，最常见的一种降本措施是减少耗材使用，而焊料是 PCB 组装过程中消耗量最大的材料。

BGA 组装良率

BGA 的焊接通常需要额外在裸 PCB 的焊盘图案上涂覆一些焊膏。虽然不同的组装厂可能采用不同的指南，但基本原则不变：涂覆焊膏是确保标准焊盘尺寸上有足够焊料的唯一方法。在 CAD 工具默认应用的助焊层数据中，焊膏将涂覆在整个 BGA footprint 上，包括功能性和非功能性 BGA 焊盘。

功能性与非功能性 BGA 焊盘

在 BGA 焊膏印刷中，“非功能性焊盘”并非指通孔焊盘，而是BGA 上没有任何功能的焊盘（或焊球）。它们可能是保留的引脚或明确未连接的引脚，或者具有功能但当前未被使用的引脚。焊接流程通常包括印刷焊膏（选择性印刷）或使用模板将焊膏沉积在焊盘图案上，然后通过回流焊炉。

对于许多器件（如涂覆处理器），大多数焊盘都是功能性的，未连接或保留的可能只有不到 10%。而在采用 BGA footprint 的 FPGA 中，开发人员可以自由分配引脚和接口，因此在生产环境中，可能存在更多未引出的非功能性焊盘。

0.4 mm 间距 BGA 上的助焊层开口。

取消焊膏印刷会影响成本吗？

减少组装材料确实可以降低成本，但从产品开发和整体生产成本来看，这种降低可能微不足道。因为除了未使用的焊膏成本，我们还要考虑数量和返修问题。在焊盘图案中印刷焊膏时，仅需使用少量焊膏，但当大批量生产时，这部分成本就会增加到不可忽略的程度。

为了降低大批量涂覆成本，通常会选择去除非功能性焊盘上的焊膏。为此，需要从焊膏模板上移除相应焊盘的开口。此操作可以在相关器件的 PCB footprint 中完成，或在 Gerber 数据中直接删除助焊层上的掩模开口。

BGA 焊盘上的焊膏不可去除

尽管在大批量生产时出于成本考虑，会试图去除部分焊盘上的焊膏，但非功能性焊盘仍与功能性焊盘一样印刷焊膏。虽然这会带来额外的焊膏成本，但与回流焊过程中因组装失败而产生的返修成本相比，这点投入微不足道。更糟糕的是，一旦产品在使用过程中出现故障，不仅会引发昂贵的召回，还可能对品牌信誉造成重大打击。

保留 BGA footprint 中所有焊盘上的焊膏，主要有以下两点原因：

1

电气功能与热传导功能

尽管 BGA 封装中的焊盘可能不具备电气功能，但它们仍具有热传导功能。根据封装类型，这些焊盘可能直接与封装（如晶圆级芯片规模封装）的裸片连接。它们仍具有热传导性，可以将裸片上的热量传导至 PCB 基板。使用焊膏进行充分的焊接，可确保提供一条低热阻路径，实现从裸片到 PCB 基板的热量传导。

2

应力集中

如果器件承受应力，无论是因电路板加热还是器件本身受到冲击，应力都会集中在焊点上。去除助焊层会导致焊料量不足，非功能性 BGA 焊盘上的焊点物理尺寸会变小，焊点强度也会变弱。如此一来，在经历反复的振动应力、机械冲击或温度循环后，应力集中程度加剧，从而显著增加故障的风险。在所有焊盘上涂覆焊料，有助于将应力均匀分布在 BGA 中的所有焊点上。

应力集中在 BGA 上焊球最薄弱的部分。如果焊球颈部较为薄弱，应力集中会导致疲劳累积，造成焊点断裂。

总结

简言之，如果在 BGA 的 PCB footprint 中应用了 IPC 标准化焊盘尺寸指南，应在所有焊盘上涂覆焊膏，以提升组装的可靠性。确保 footprint 中包含充足的助焊层开口，以便在 PCB 组装过程中，在 BGA 中形成牢固可靠的焊点。

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