PCB工艺 增加锡膏量可以改善BGA焊接不良？

如何提升BGA焊接质量一直是SMT工程师持续追求的质量改善目标之一，特别是针对细间球距(fine pitch)的BGA零件，一般我们对BGA的球距在0.8mm以下就会称其为细间距（有时各家定义会有点小差异）。

BGA之所以难焊是因为其焊点全都集中在其本体的下方，焊接后难以用目视或AOI (Auto Optical Inspector)影像检测仪器来检查其焊接后的质量，有时候既使使用X-Ray也难以判断其是否有空焊或假焊现象。 （某些可以旋转角度的X-Ray或是5DX有机会可以检查BGA的空焊问题，但这类X-Ray检查机所费不赀，似乎还没达到随线检查量产的经济规模。

成品PCB模块

经验告诉我们，BGA焊接后最主要的质量问题几乎都集中在HIP (Head-In-Pillow，枕头效应，双球效应)。 这是因电路板(PCB)流经Reflow的回焊高温区时容易造成PCB板材及BGA本体变形，在锡膏及BGA锡球熔融成液态时互相分离没有接触在一起，等电路板温度开始下降并低于焊锡的熔点后，PCB及BGA 本体的变形量也渐渐变小，可是锡膏及锡球已经凝结变回固态，以致形成双球重迭的假焊现象，这就是有名的HIP。

而90%以上的HIP大多出现在BGA的最外排锡球或其四个角落区域，这是因为BGA封装对角线的距离最长，相对的变形也就最严重，变形量第二严重的地方则是BGA最外排的锡球。

根据以上的经验，以及许多SMT前辈们做过的实验显示，增加BGA的焊锡量可以有效降低这类因为温度造成板材变形所造成的HIP问题。 可是要小心锡膏量如果增加太多反而会造成焊接短路的问题，不可不慎。

所以下面就所选择的方法是局部增加BGA的锡膏量而不是全部的锡球焊垫都增加锡量。

改变BGA的锡膏量可以从钢板(Stencil)来下手，基本原则就是让BGA最外一排或四个角落的锡球锡膏印刷量，比剩余的其他锡球的锡膏量来得多，可是又不能多太多，这样才可以在PCB与BGA本体变形时还保有足够的锡膏与BGA底下的锡球接触到。

当BGA锡球大于0.4mm：
将BGA外围四个面的锡球锡膏印刷量增加，把钢板开成正方形与原来锡球圆焊垫形成一个内接圆，其他的锡球焊垫维持原来的量。

当BGA锡球小于0.4mm：
BGA 外围四个面的锡球锡膏印刷维持不变，但是其他内围的锡球则减少锡膏量，将钢板开成正方形与原来锡球圆焊垫形成一个外接圆。

如此一来，不论是那种尺寸的BGA，其最外围一圈锡球的锡膏量都会比内圈的锡膏量多出16.7%左右，用来确保PCB与BGA本体流经高温变形时还有足够的锡膏可以保持与BGA底下的锡球互相接触。

下面的图片为BGA锡球尺寸小于0.4mm，采用降低BGA内围袭球的锡膏量所得到X-Ray，稍微留意一下可以发现最外圈的锡量(圆的直径)比其他内围的锡球上的锡量来得多一点点。 也就是外圈的黑色圆形直径比内圈的圆形来得大一点点。