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在開始探討『如何從設(shè)計(jì)端強(qiáng)化BGA防止開裂』這個(gè)議題之前我們得要先了解BGA為何會(huì)裂開？先撇開制造的問題，假設(shè)所有的BGA錫球都焊接良好、IMC生成良好，但還是發(fā)生BGA裂開，其最主要原因應(yīng)該就是【應(yīng)力(Stress)】了，深圳宏力捷之所以這么斷定，因?yàn)榉治鲞^得所有產(chǎn)品，電路板上零件掉落或開裂問題幾乎都與應(yīng)力有絕對(duì)關(guān)系。

電路板零件掉落或錫裂的應(yīng)力(stress)來源有下列幾種：

應(yīng)力來自內(nèi)部潛變產(chǎn)生 

比如說電路板或BGA封裝經(jīng)reflow高溫時(shí)的變形，應(yīng)力會(huì)一直釋放到達(dá)一個(gè)平衡點(diǎn)才會(huì)停止，這個(gè)平衡點(diǎn)也有可能就是錫球裂開的時(shí)候。

應(yīng)力來自外部的撞擊或施壓 

以手機(jī)為例，最可能的外部應(yīng)力就是就在口袋內(nèi)受力彎曲（iPhone6 plus彎曲門事件），或是因?yàn)椴恍⌒牡袈涞厣纤斐傻臎_擊。

應(yīng)力來自環(huán)境溫度變化所產(chǎn)生的熱脹冷縮現(xiàn)象 

有些地區(qū)在冬天的時(shí)候室外結(jié)冰，當(dāng)產(chǎn)品從室內(nèi)有暖氣的環(huán)境移動(dòng)到室外就會(huì)發(fā)生激烈的溫度變化；在熱帶地區(qū)，室內(nèi)有冷氣，從室內(nèi)走到室外就會(huì)發(fā)生溫度的巨大改變，更別說不小心或是故意把產(chǎn)品放在汽車內(nèi)了，白天曬太陽溫度升高，夜晚溫度急速下降。溫度之所以重要還關(guān)系到不同的材料會(huì)有不同的膨脹系數(shù)，電路板板材的膨脹系數(shù)肯定與錫球(solder ball)不同，而且與BGA封裝的材質(zhì)也不同，試想一般的道路橋梁都會(huì)設(shè)計(jì)「伸縮縫」來降材料低熱脹冷縮的風(fēng)險(xiǎn)，但是電子材料似乎只能盡量找膨脹系數(shù)比較小的材質(zhì)。
 

這里有幾篇與BGA焊接與掉落有關(guān)的文章，建議可以先閱讀一下：

如何判斷BGA掉件是SMT工廠制程或是設(shè)計(jì)問題?

增加錫膏量可以改善BGA焊接不良？

 

了解BGA零件掉落或錫球開裂跟「應(yīng)力(stress)」絕對(duì)脫離不了關(guān)系后，接下來就可以來談?wù)勅绾螐脑O(shè)計(jì)端強(qiáng)化BGA并盡量防止開裂，方法說破了也不值錢，就看作不作與怎么取舍了，兩個(gè)方向思考，第一個(gè)想辦法降低應(yīng)力的影響，第二個(gè)加強(qiáng)BGA抵抗應(yīng)力的能力。

下面是幾個(gè)可以強(qiáng)化BGA防止開裂的方法：

一、增強(qiáng)PCB抗變形能力

電路板(PCB)變形通常來自高溫回焊(Reflow)所造成的快速昇溫與快速降溫（熱脹冷縮），再加上電路板上分佈不均的零件與銅箔，更惡化了電路板的變形量。

增加電路板抗變形的方法有：

1、增加PCB的厚度。如果可以建議盡量使用1.6mm以上厚度的電路板。如果還是得使用0.8mm、1.0mm、1.2mm厚度的板子，建議使用過爐治具來支撐并強(qiáng)化板子過爐時(shí)的變形量。雖然可以嘗試降低

2、使用高Tg的PCB材質(zhì)。高Tg意味著高剛性，但是價(jià)錢也會(huì)跟著上升，這個(gè)必須取舍。

3、在BGA的周圍加鋼筋。如果有空間，可以考慮像在蓋房子一樣，在BGA的四周打上有支撐力的鐵框來強(qiáng)化其抵抗應(yīng)力的能力。

4、在電路板上灌Epoxy膠(potted)。也可以考慮在BGA的周圍或是其相對(duì)應(yīng)的電路板背面灌膠，來強(qiáng)化其抗應(yīng)力的能力。

二、降低PCB的變形量

一般來說當(dāng)電路板(PCB)被組裝到機(jī)殼之后應(yīng)該會(huì)受到機(jī)殼的保護(hù)，可是因?yàn)楝F(xiàn)今的產(chǎn)品越做越薄，尤其是手持裝置，經(jīng)常會(huì)發(fā)生外力彎曲或是掉落撞擊時(shí)所產(chǎn)生的電路板變形。

想降低外力對(duì)電路板所造成的變形，有下列的方法：

1、增加機(jī)構(gòu)對(duì)電路板的緩沖設(shè)計(jì)。比如說設(shè)計(jì)一些緩沖材，既使機(jī)殼變形了，內(nèi)部的電路板仍然可以維持不受外部應(yīng)力影響。但必須可慮緩沖才的壽命與能力。

2、在BGA的周圍增加螺絲或定位固定機(jī)構(gòu)。如果我們的目的只是保護(hù)BGA，那么可以強(qiáng)制固定BGA附近的機(jī)構(gòu)，讓BGA附近不易變形。

3、強(qiáng)化外殼強(qiáng)度以防止其變形影響到內(nèi)部電路板。

三、增強(qiáng)BGA的牢靠度

1、在BGA的底部灌膠(underfill)。

2、加大電路板上BGA焊墊的尺寸。這樣會(huì)使電路板的佈線變得困難，因?yàn)榍蚺c球之間可以走線的空隙變小了。

3、使用SMD(Solder Mask Designed) layout。用綠漆覆蓋焊墊。

4、使用Vias-in-pad(VIP)設(shè)計(jì)。但焊墊上的孔(via)必許電鍍填孔，否則過回焊時(shí)會(huì)有氣泡產(chǎn)生，反而容易導(dǎo)致錫球從中間斷裂。這就類似蓋房子打地樁是一樣的道理。可以參考【導(dǎo)通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則】

5、增加焊錫量。但必須控制在不可以短路的情況下。