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BGA、QFN、CSP器件焊点空洞分析
计景春、伏政
(广东技术师范学院工业实训中心SMT培训)
0前言
在SMT生产中，BGA、QFN、CSP等无引脚的元器件，在进行焊接时，无论是回流焊
接还是波峰焊接，无论是有铅制程还是无铅制程，冷却之后都难免会出現一些在所难
免的空洞（气泡）现象的产生。焊点內部发生空洞的主要成因是FLUX中的有机物经
过高溫裂解后产生的气泡无法及时逸出。在回流区FLUX已经被消耗殆尽，锡膏的粘
度发生了较大的变化，此时锡膏之中的FLUX发生裂解，导致高溫裂解后的气泡无法
及时的逸出，被包围在锡球中，冷却后就形成空洞現象。目前，一般使用X-Ray设备
进行检查空洞的面积，通过X-Ray都可以看到焊球的空洞分布狀況。只要有些器件空
洞所占面积的比例不是很大，常常认为是符合接受标准标准（如IPC-A-610D8.2.12.4），
因此在检验时沒有引起足够的重视。
在众多的空洞现象中发现，产生空洞现象与焊料本身的表面张力有着直接的联系。锡
膏的表面张力越大，高温裂解的气泡越难逸出焊料球，气泡被团团包围在锡球之中（无
铅焊料的表面张力达到4.60×10-3N/260℃）,表面张力越小，高温裂解后的气泡就很
容易逃出焊料球，被锡球团团包围的机率就相当小（有铅焊料的表面张力达到3。80
×10-3N/260℃,Sn63-Pb37，m.p为183℃）。已经陷入高温裂解的气泡，在有铅焊料
密度较大（约8.44g/cm3）的情况之下，焊料中的合金在相互挤压下，有机物就会向
外面逃脱，所以有机物残留在焊点中的机率是相当小的，但是无铅就完全不一样了。
比重不但比有铅小，而且无铅的表面张力又比有铅高出很多，同时熔点又比有铅高出
34℃之多（Sn63-Pb37,熔点为183℃，SAC305熔点约为217℃），在种种环境不利
的情况下，无铅焊料中的有机物就很难从焊球中分解出来，有机物常常被包围在焊球
中，冷却后就会形成空洞现象。
从焊点的可靠度来讲，空洞现象会给焊点带来不可估计的风险，同时空洞现象比较严
重的话，还影响焊点的电气连接，影响电路的畅通。所以空洞现象必须引起SMT业界
人士的高度重视。

1空洞的验收标准
业界空洞的验收标准大部分都没有确定，从IPC-A-610D版本中的一些初步的定义
（8.2.12.4表面安装阵列-空洞），我们可以得出以下一些结论：从设计上减少空洞的
产生，即焊盘上的微孔不在此标准考虑的范围之内。空洞的标准由客户和制造商之间
协商。制造商可以利用各种实验分析的结果，制定最终空洞的验收标准。
可接受-1，2，3级
空洞小于25%焊球X-Ray射线图像的面积。
缺陷-1，2，3级
空洞大于25%焊球X-Ray射线图像的面积。
以上IPC中只是提到BGA空洞验收标准，但是在众多的国际大厂中又有许多厂家是
不承认此标准的，即比此标准更加严格，更加苛刻。例如，IBM认为BGA的空洞面
积不可超过15%，如果超过了20%就会影响焊点的可靠度，影响焊点的使用寿命。当
然，空洞面积越小越好，更小的空洞面积需要更强的工艺去支持。但是IPC-A-610D
中却没有对QFN的气泡（空洞）做相应的规定，对于这一点IPC却没有说明，真是遗
憾！现阶段有许多QFN器件是用在光纤通信领域中，这对气泡要求是相当高的。

2空洞的成因与改善
2.1助焊剂活性的强弱影响
前面已经论述过，空洞现象的产生主要是助焊剂中的有机物经过高温裂解后产生气泡
很难逸出，导致气体被包围在合金粉末中。从过程中可以看出，关键在有机物经过高
温裂解后产生的气泡，其中有机物存在的主要方式有：锡膏中的助焊剂，其它的有机
物，波峰焊的助焊剂或者是浮渣的产生等等。以上的各种有机物经过高温裂解后形成
气体，由于气体的比重是相当小的，在回流中气体会悬浮在焊料的表面，气体最终会
逸出去，不会停留在合金粉末的表面。但是，在焊接的时候必须考虑焊料的表面张力，
被焊元器件的重力，因此，要结合锡膏的表面张力，元器件的自身重力去分析气体为
什么不能逸出合金粉末的表面，进而形成空洞。如果有机物产生气体的浮力比焊料的
表面张力小，那么助焊剂中的有机物经过高温裂解后，气体就会被包围在锡球的内部，
气体深深的被锡球所吸住，这时候气体就很难逸出去，此时就会形成空洞现象。
从锡膏厂商我们可以了解到助焊剂活性的强弱,溶剂的沸点等等。然而，当助焊剂较多
活性较强时，空洞产生的机率是相当小的，即使产生空洞现象，其产生的空洞面积也
是相当少。原因是FLUX的活性较强，在待焊界面的氧化能力就弱，去除焊接表面的污
物和氧化物就强。此时待焊表面露出干净的金属层，锡膏就会有很好的扩散性和润湿
性。焊接中的拒焊，缩锡现象也大大的减少，那么助焊剂的残留物被包围的机率也就
不大了，当然，空洞产生的机率就会减少。如