在电子组装领域，BGA（球栅阵列）和 LGA（焊盘栅格阵列）作为高集成度封装技术，广泛应用于各类精密电子设备中。然而，焊接过程中 “空洞（Void）” 的产生一直是影响可靠性的关键难题。本文结合行业技术研究，深度解析 Void 的形成机制与零缺陷控制技术，为电子制造从业者提供实用解决方案。

一、焊接空洞：BGA/LGA 可靠性的隐形杀手

1. 什么是焊接空洞？

焊接空洞是指焊接过程中，焊料与基板 / 元件界面间因气体滞留或助焊剂残留形成的空腔。微小的 Void 可能导致焊点机械强度下降、散热性能恶化，严重时引发电路断路或信号传输异常，是高端电子器件失效的重要诱因。

2. BGA 与 LGA 的本质差异

• BGA

  ：三维结构，焊球呈阵列分布，Void 多为立体形态，相对容易排出；

• LGA

  ：二维平面焊接，焊盘直接与锡膏接触，Void 易在焊盘下方形成密闭空间，排出难度大。

二、Void 形成的三大核心机制

1. 焊料表面张力的 “双刃剑”

焊料熔化后，表面张力促使焊料向中心收缩，若助焊剂残留或气体未能及时排出，会被包裹形成 Void。LGA 因平面焊接，表面张力导致的密闭效应更显著。

2. 助焊剂与气体的 “滞留陷阱”

• BGA

  ：焊球熔融时，若助焊剂活性不足或升温过快，残留气体（水分、溶剂、还原成分）无法穿透焊球阵列排出；

• LGA

  ：焊盘与元件平面贴合，熔融焊料流动速度过快，助焊剂残渣及气体被迅速封闭在焊层内部。

3. 回流曲线的 “蝴蝶效应”

升温速率、峰值温度、熔融时间的不当设置会直接影响焊料流动性与气体排出效率。例如：

• LGA 若升温过快，焊料迅速熔融，易将未挥发的助焊剂包裹；
• BGA 若峰值温度不足，焊料浸润性差，残留气体无法逃逸。

三、三大维度精准抑制 Void：从材料到工艺的协同优化

1. 回流曲线（Reflow Profile）定制化设计

2. 锡膏（Solder Paste）成分优化

• 颗粒尺寸

  ：BGA 推荐 25-45μm 较大颗粒（减少气体吸附），LGA 推荐 15-25μm 较小颗粒（提高填充均匀性）；

• 助焊剂配方

  ：BGA 采用高活性、低沸点溶剂（快速去除氧化物），LGA 采用低活性、高沸点溶剂（稳定残渣流动性）。

3. 印刷工艺精细化控制

• 厚度设计

  ：BGA 需较厚印刷（确保焊球成型），LGA 需较薄印刷（减少焊料过剩导致的流动密闭）；

• 钢网开口

  ：LGA 推荐 “边缘渐变式” 开口（如外侧 0.5mm、内侧 0.2mm），引导焊料向边缘流动，预留气体逃逸通道（图示理想钢网开口形状）。

四、零缺陷技术：从 “可控” 到 “零 Void” 的进阶路径

1. 全流程参数匹配

Void 抑制需同时优化回流曲线、锡膏选型、印刷工艺，单一环节改善效果有限。例如：某 0.65mmPitch LGA 案例中，采用 “慢升温 + 低峰值 + 短熔融时间” 曲线，搭配 130μm 厚度印刷与细颗粒锡膏，Void 发生率从 75% 降至 0%。

2. 组件与基板适配设计

• 确认元件电极类型（平面 / 凹面），精准匹配焊盘尺寸与锡膏体积；
• 控制基板与元件的间隙（Stand off 高度），避免因空间不足导致气体无法排出。

3. 可视化检测与持续改善

通过 X 射线检测（X-Ray）量化 Void 尺寸与分布，结合 DOE 实验设计，动态调整工艺参数。例如：预加热不足易导致大尺寸 Void，需重点监控预热区温度均匀性。

五、BGA 变形风险提示：从 Void 到结构失效的连锁反应

BGA 若发生 Void 聚集，可能因内部气体膨胀导致焊球变形，尤其在含过孔（VIA）的焊盘区域，瓦斯喷出与热膨胀叠加易引发结构失效。建议在基板设计阶段预留足够的间隙（Clearance），减少应力集中。

结语：打造 “零缺陷” 焊接的核心逻辑

BGA/LGA 的 Void 控制本质是 “焊料流动” 与 “气体排出” 的动态平衡。从材料选择（锡膏配方）到工艺设计（回流曲线、印刷参数），再到元件与基板的协同设计，需建立全链条闭环控制体系。随着无铅化、小型化趋势加剧，唯有通过跨学科技术融合与数据驱动的持续优化，才能实现从 “缺陷可控” 到 “零 Void” 的质的飞跃。

案例二：高密度 BGA（服务器 CPU，0.5mm Pitch）—— 过孔（VIA）区域 Void 根治

问题背景

12 层 PCB 基板的服务器 CPU BGA 封装，焊盘含埋孔 VIA，回流后 VIA 周围 Void 率达 45%，局部焊球因气体膨胀出现变形，导致主板开机报错。

解决方案

1. 基板与焊盘设计改良

• 在 VIA 周围增加 0.3mm 环形阻焊开窗，避免焊料流入孔内；焊盘间距从 0.5mm 增至 0.6mm，扩大气体逃逸空间。

2. 锡膏与回流工艺适配

• 使用粗颗粒锡膏（粒径 25-45μm），减少孔内吸附；回流曲线采用 “快速升温（2.0℃/s）+ 高峰值（240℃）+ 长熔融时间（70s）”，加速焊料流动并排出孔内残留气体。

3. 预烘烤预处理

• 基板投产前 60℃烘烤 4 小时，降低 VIA 内水分含量；锡膏开封前 45℃保温 2 小时，避免溶剂凝结。

实施效果

• VIA 区域 Void 率从 45% 降至 3% 以下，焊球变形不良归零；
• 经自动光学检测（AOI）与 X-Ray 全检，批量良率从 82% 提升至 99.2%。

：你的产线是否遭遇过 BGA/LGA 焊接空洞难题？欢迎在评论区分享你的技术痛点，共同探讨解决方案！