0 前言

球柵陣列(Ball grid array, BGA)封裝通過基板表面呈矩陣狀排列的焊球代替?zhèn)鹘y(tǒng)的封裝引線，實(shí)現(xiàn)與印制板的機(jī)械和電氣連接。焊球與BGA器件基板之間的焊接工藝稱為植球工藝，其焊接的質(zhì)量直接影響了BGA器件的性能和可靠性。隨著歐盟、中國、日本等國家相繼頒布電子行業(yè)的禁鉛法令以后，越來越多的無鉛焊球BGA器件(焊球主要成分為Sn-Ag-Cu合金)進(jìn)入電子產(chǎn)品的供應(yīng)鏈[1]。但是出于對(duì)電子組件可靠性的嚴(yán)苛要求，在軍事、航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域，依然沿用有鉛焊接工藝[2]。當(dāng)使用有鉛焊料焊接無鉛BGA器件時(shí)，焊接峰值溫度需要提高約20 ℃，導(dǎo)致此類混裝組件面臨長期可靠性無法確定的問題[3]。因此，將無鉛BGA器件有鉛轉(zhuǎn)化是應(yīng)對(duì)目前有鉛/無鉛混裝工藝的解決方法之一[4]。此外，通過對(duì)返修BGA器件二次植球，可以實(shí)現(xiàn)BGA器件的再次利用，從而降低生產(chǎn)成本。因此，開展航空產(chǎn)品用無鉛BGA器件有鉛化植球工藝的研究十分必要。

目前，用于BGA器件植球工藝的方法主要有印刷焊膏法和印刷助焊劑法，但關(guān)于這兩種工藝植球后的焊點(diǎn)性能對(duì)比還未見報(bào)道。文中擬從兩種不同植球工藝出發(fā)，通過X射線檢測、顯微組織分析以及剪切力試驗(yàn)，研究不同工藝對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量、顯微組織、界面化合物以及力學(xué)性能的影響，從而為進(jìn)一步提高航空電子產(chǎn)品的可靠性提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選擇的有鉛焊球?yàn)镾n-37Pb共晶焊球，焊球直徑0.76 mm。膏狀助焊劑型號(hào)： ALPHA OM-338，焊膏型號(hào)：LOCTITE CR 32 SN63AGS89.5 AM。試驗(yàn)中選擇焊球交錯(cuò)型排列的BGA器件，BGA器件尺寸及焊球的排列形式如圖1所示。

圖1 BGA器件尺寸及焊球排列形式

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)IPC 7711B—7721B標(biāo)準(zhǔn)《電子組件的返工，修改和維修》，使用扁平烙鐵去除無鉛BGA器件的焊球，并使用吸錫編帶清除焊盤表面殘留的焊錫，然后用乙醇將BGA器件的焊盤清洗干凈。使用印刷焊膏方法進(jìn)行植球的工藝，選擇印刷鋼片的厚度為0.15 mm，在BGA器件焊盤表面手工印刷焊膏后，將BGA器件放入特制的植球工裝，使得Sn-37Pb焊球通過工裝上的鋼網(wǎng)填充到BGA基板的每一個(gè)焊盤上。使用印刷助焊劑方法進(jìn)行植球的工藝，首先在BGA器件的焊盤表面均勻的涂刷一層助焊劑，然后將BGA器件放入植球工裝，填充Sn-37Pb焊球。植球后的BGA器件通過回流爐進(jìn)行焊接(回流爐型號(hào)：ERSA HOTFLOW 3/20)，回流焊溫度曲線如圖2所示。印刷助焊劑方法進(jìn)行植球的BGA器件在經(jīng)過第一次回流焊后，需要再次在焊球表面均勻涂覆一層助焊劑，再進(jìn)行第二次回流焊接。完成植球后，使用專用的清潔劑去除器件表面殘留的助焊劑殘?jiān)?/p>

有機(jī)水果在生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，在果樹栽培過程中禁止使用農(nóng)藥化肥、除草劑生物調(diào)節(jié)劑。有機(jī)果樹施肥應(yīng)該以有機(jī)肥為主，禁止使用化肥，有機(jī)肥主要選擇完全腐熟的農(nóng)家肥，或沼氣生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的沼液沼渣，有條件的種植戶推廣使用生物菌肥。

圖2 回流焊溫度曲線

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 X射線檢測結(jié)果

BGA器件有鉛植球后，X射線檢測照片如圖3所示，焊球重熔后外形規(guī)整，邊界清晰，位置準(zhǔn)確，無焊錫珠，無明顯的不規(guī)則缺陷。通過對(duì)相同灰度、對(duì)比度等設(shè)備試驗(yàn)參數(shù)下每個(gè)BGA器件上320個(gè)焊球的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到焊膏植球和助焊劑植球兩種植球工藝下焊球的面積分布如圖4所示。焊膏植球工藝得到的焊球平均面積為0.531 mm2，焊球尺寸主要集中在0.52～0.54 mm2，焊球面積標(biāo)準(zhǔn)差0.025；助焊劑植球工藝得到的焊球平均面積為0.499 mm2，焊球尺寸主要集中在0.48～0.51 mm2，焊球面積標(biāo)準(zhǔn)差0.022。焊膏植球工藝回流焊過程中，基板焊盤表面印刷的焊膏中金屬成分(Sn-37Pb)將會(huì)均勻擴(kuò)散到焊球中，使得焊球的體積增加，與助焊劑植球工藝相比，焊膏植球工藝焊球的面積增加了約6%。

圖3 BGA器件X射線檢測圖

圖4 BGA器件焊球面積分布

2.2 界面顯微組織分析

對(duì)BGA植球器件制作金相試樣并進(jìn)行掃描電鏡分析，焊膏植球和助焊劑植球的焊球與器件基板界面顯微組織分別如圖5a和圖5b所示。兩種植球工藝的焊接界面均潤濕良好，結(jié)合緊密，焊接界面和焊球均未出現(xiàn)空洞、冷焊、裂紋等焊接缺陷。兩種植球工藝的金相照片沒有出現(xiàn)明顯的差異。

酒店實(shí)行收支兩條線，會(huì)計(jì)核算模塊與現(xiàn)金收入模塊存在著相互核對(duì)的作用，而成本控制對(duì)商品采購業(yè)務(wù)也起著監(jiān)督作用。各業(yè)務(wù)流程中的各個(gè)崗位職責(zé)明確、資格要求清楚，對(duì)各個(gè)崗位日常工作范圍作了十分詳細(xì)的規(guī)定，使各崗位的工作制度化，不會(huì)因人員變動(dòng)而影響，也有利于分清責(zé)任，便于對(duì)各個(gè)崗位工作進(jìn)行考核和監(jiān)督。

圖5 焊球/基板界面顯微組織

焊接界面連續(xù)金屬間化合物的形成是獲得高質(zhì)量冶金結(jié)合的前提，但由于界面金屬間化合物與基板熱膨脹系數(shù)、力學(xué)性能等匹配性較差，長期服役中容易成為裂紋源，從而影響產(chǎn)品的全生命周期可靠性。圖5焊接界面掃描電鏡分析結(jié)果顯示，焊膏法植球界面金屬間化合物層的平均厚度為1.21 μm，而助焊劑法植球的界面金屬間化合物層的平均厚度為1.81 μm。為了糾正助焊劑法植球后錫球與焊盤之間的偏移，助焊劑法植球經(jīng)過第一次回流焊后需要進(jìn)行二次回流。經(jīng)過兩次回流焊的界面金屬間化合物層厚度與焊膏植球法一次回流相比，金屬間化合物層的形態(tài)未發(fā)生明顯變化，但厚度層增加了49%。

2.3 力學(xué)性能分析

BGA器件焊球剪切力強(qiáng)度測試根據(jù)GJB 7677—2012《球柵陣列(BGA)試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)焊球直徑選擇適當(dāng)寬度的剪切工具，沿基板的水平方向?qū)盖蜻M(jìn)行剪切，焊球抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的示意圖如圖6所示。

圖6 BGA器件焊球抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖

通過STR-1 000微焊點(diǎn)強(qiáng)度測試儀對(duì)兩種植球工藝的BGA器件表面四分之一區(qū)域的焊球抗剪強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，焊球抗剪強(qiáng)度分布如圖7所示。印刷助焊劑法植球工藝所得到的焊球抗剪切力平均值為11.400 N，標(biāo)準(zhǔn)差0.989；印刷焊膏法所得焊球抗剪切力平均值為11.885 N，標(biāo)準(zhǔn)差0.629，其抗剪強(qiáng)度值均高于GJB 7677—2012《球柵陣列(BGA)試驗(yàn)方法》中焊球剪切強(qiáng)度推薦值(0.76 mm焊球直徑最小剪切力值7.0 N)。與助焊劑法植球相比，焊膏法植球的錫球抗剪切力提高了約4%。

焊膏法植球除了能夠更好的保證植球過程中錫球的定位，更能補(bǔ)償回流焊過程中由于錫球與器件基板之間熱膨脹系數(shù)不匹配產(chǎn)生的應(yīng)力，從而改善焊接質(zhì)量。從工藝復(fù)雜度角度，焊膏法植球需要在器件焊盤表面手工印刷焊膏，工藝要求較高；而對(duì)于助焊劑植球法，助焊劑在回流過程中達(dá)到活化溫度后會(huì)變成液態(tài)，難以對(duì)錫球進(jìn)行定位，造成虛焊、焊接強(qiáng)度不夠等缺陷。因此，需要進(jìn)行兩次回流焊，增加BGA器件的回流焊次數(shù)。因此，針對(duì)高可靠性要求的航空電子產(chǎn)品，建議采用焊膏法進(jìn)行BGA器件的植球。

圖7 1/4器件區(qū)域焊球抗剪強(qiáng)度分布

3 結(jié)論

(1)通過焊膏法與助焊劑法兩種植球工藝均可以獲得外形規(guī)整、一致的有鉛焊球BGA器件，焊膏法植球工藝焊球的面積與助焊劑法相比增加了約6%。

(2)助焊劑法植球后界面金屬間化合物層與焊膏法植球相比，形態(tài)未發(fā)生明顯變化，但厚度增加了49%，平均厚度為1.81 μm。

(3)焊膏法與助焊劑法兩種植球工藝的錫球抗剪強(qiáng)度均達(dá)到了剪切強(qiáng)度要求，焊膏法植球的錫球抗剪切力與助焊劑植球相比提高了約4%，建議使用印刷焊膏法進(jìn)行航空產(chǎn)品BGA器件的有鉛植球。

本工程實(shí)施完成后，在取水樞紐加設(shè)了防護(hù)圍欄等水源地保護(hù)措施，同時(shí)在蓄水池前加設(shè)了自來水凈化設(shè)施，完全滿足了五寨縣城居民高品質(zhì)生活用水的要求。目前已安全運(yùn)行兩年多，累計(jì)為五寨縣城居民生產(chǎn)生活供水達(dá)到190萬m3左右。有效緩解了五寨縣城居民生產(chǎn)生活緊缺的狀況，使供水結(jié)構(gòu)趨于合理，五寨縣城區(qū)地下水快速下降的局面得到改觀，產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

大型商業(yè)銀行由于其實(shí)力雄厚，根基穩(wěn)固，在面對(duì)客戶時(shí)有較強(qiáng)的議價(jià)能力，金融創(chuàng)新的難度也相對(duì)小，而對(duì)于中小型商業(yè)銀行有限的金融開發(fā)創(chuàng)新能力，調(diào)整資產(chǎn)負(fù)債結(jié)構(gòu)的難度相對(duì)大銀行來說會(huì)更大，可能會(huì)出現(xiàn)部分小銀行倒閉或被并購的情況。

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