BGA

　　焊球焊点的完整性一直以来都是一个问题，无铅焊接的导入使问题显得更加突出。研究显示在焊球与焊盘的接触处的无铅焊点更容易受到脆性断裂的影响。这些缺陷可能发生在焊点的整个生产周期中，从生产到测试到装配，并对最终产品产生影响。

　　随着无铅焊料合金的导入，脆性断裂失效显著增加。许多电子行业装配人员和OEM厂商认为必须提高对这个问题的关注程度。虽然转向无铅焊料已经引起对脆性断裂失效更多的关注，但这对于其他一些焊料合金和焊盘表面连接的可靠性只是一个例证。

　　冲击试验

　　目前使用的剪切和拉伸结合点的测试方法使脆性断裂失效模式问题显得很不常见。这不是因为脆性断裂不会发生在锡铅焊料中，而只是因为目前的测试体系不能提供一个稳定的力来证明这种失效模式。

　　在大多数试验中，焊球自身既发生剪切断裂又发生拉伸断裂。这就证明结合点的强度至少与所施加的试验力相当，但是不能说明焊球与焊盘之间实际的结合强度。虽然传统的测试技术在许多生产缺陷检查方面仍然占有一席之地，但是他们根本不适合测试脆性断裂失效模式。

　　众所周知焊料所受的力的强度随着变形率的增加而增加，对于成品发生高速的负载变化时也是这样的，比如当产品跌落时所受的力会增加。传统的结合点测试仅限于低速，例如每秒几毫米的速度。为了测试对脆性断裂的抗力，试验速度必须设得更高，一般有几米每秒的速度。高速实验经常用在冲击试验中，这时加在结合点上的负载在毫秒时间内突然增加。在冲击试验中，焊球更坚固并且把多数的负载传输到结合点处。更有说服力的是在冲击或高变形率的情况下出现的问题应该通过同样的方式被测试到，同时已经清楚地显示在高速试验条件下能引起更多的脆性断裂，并且提供一些能被用来证明产品可靠性的数据。

　　简单易行的实验

　　高变形率试验并不是什么新的测试手段，比如，跌落试验已经用了多年。尽管跌落试验仍然是一种有用并具有权威性的试验，但仅仅能被运用在装配成品，并且它要求大量的设备和夹具。业界公认类似传统的焊球剪切和拉伸的试验是必需的，它能更早地证明在生产过程中的脆性断裂连接处的完整性。为了这个目的，一个研究计划被延伸到包括主要BGA制造厂家在内的一个协会。此计划持续了18个月，在新的结合点测试体系和方法及结合点测试设备等方面达成了共识。

　　脆性断裂实验设备

　　新的试验体系要求新的结合点测试方法和新的结合点测试机器能够测试BGA焊球焊点对抗脆性断裂失效模式的性能。

　　利用高速测试结合点是一门新的科学，这种测试体系使测试范围和设备需求成为必要：剪切试验和拉伸试验，试验速度，峰值受力，聚集在结合点处的冲击能等等。这就让使用者能够在不同的条件下进行试验并且找到最适合的调整方法来。

　　高速试验系统

　　在做速度剪切试验时需要一个区域(加速距离)，在接触到焊球以前工具在此区域内能够做加速度运动。为了达到这个要求，用于测试的样品必须提前准备好，除了灰色的两行焊球外其他所有焊球要被清洁干净。

　　先首行焊球进行试验，然后样品旋转90度，第二行再进行试验。

　　剪切测试步骤

　　● 按照传统的方式摆放用于焊球实验的工具

　　● 开始试验

　　a. 完成工具装载

　　b. 将工具慢速达到预计的高度

　　● 然后样品必须从工具处移开以便有足够的加速距离

　　● 样品加速运动达到计划的试验速度，焊球接触到工具，保持一段距离的匀速运动(加速度距离)，在冲击焊球之前和冲击过程中速度保持一致

　　● 样品减速，试验完成

　　高速拉伸试验与传统的拉伸试验相比要求不同的设备。因为夹取爪必须和焊球有接触，因此样品和夹爪之间有一个加速距离是不可能的。

　　拉伸试验步骤

　　● 在这个试验中，工具的放置和传统方法也是一样的

　　● 当开始试验时，夹爪下降并夹紧焊球

　　● 样品和夹爪将压缩弹簧继续下降达到一个能产生足够速度的距离

　　● 然后夹爪上升加速到试验速度，保持速度直到样品到达起始高度

　　● 到达起始高度后，样品运动受到夹具的限制突然停止，而夹爪还会按照试验速度继续向上

　　● 焊球就会以设备设定的试验速度从样品上被拉起

　　试验结果

　　肯定的是，我们还有很多东西去学习，这项新的技术要持续改进，推动这种方法易于被理解并且在试验体系和实验设备方面完善它。无论如何，最初的结果是鼓舞人心的，从搜集的数据可以知道：

　　● 相比较传统的速度更多的脆性断裂发生在高速试验条件下

　　● 在高速试验条件下无铅焊料比传统的含铅焊料显示出更多的脆性断裂缺陷

　　● 锡铅焊料在ENIG板上比在Cu焊盘或者NiAu上展现更多的脆性断裂缺陷

　　● 锡铅和锡铅银焊料在高速剪切和拉伸的试验条件下有相似的结果

　　结论

　　脆性断裂是一个影响众多厂商的问题。迄今为止，能够说明焊点的完整性一直是困难的，不可靠的和费时的。在一定范围的速度和负载条件下，使用新的试验体系，可以将单个的结合点的抗脆性断裂的性能在回流焊接之后立即测试出来，并提供精确的数据结果。