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的气泡很难逸出，导致气体被包围在合金粉末中。理论上，由于气体比重小，在回流中气体会悬浮在焊料的表面并最终逃逸出去，不会停留在合金粉末的表面。

实际上，要综合考虑焊料表面张力和被焊元器件重力的影响。如果有机物产生气体的浮力比焊料的表面张力小，加上被焊器件重力的影响，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，深深的被锡球所吸住很难逸出去，此时就会形成空洞现象。

如果助焊剂的粘度比较高，其中松香的含量也是比较高。此时助焊剂去除表面氧化物、污物的能力就越强，缩锡、拒焊现象就会大大减少，焊接会形成良好的IMC合金层，气泡也是随之减少，空洞的几率自然降低了。

一般而言，锡膏中溶剂的沸点高低直接影响BGA空洞的大小和空洞形成的概率。如果溶剂的沸点较低，在保温区或者回流区溶剂就已经挥发完了，剩下的只是高粘度难以移动的有机物，气体被团团包围在内自然更难以逸出。因此，选用高沸点的溶剂也是一种选择。

锡膏中有很多合金粉末颗粒，这些金属粉末颗粒很容易氧化、湿润不良，造成焊接出现虚焊，因此，要严格进行使用和管理。通常锡膏要冷藏在0～10℃的冰箱中，防止助焊剂发生化学反应变质和挥发，使用前取出回温4～24 h到常温状态。且由于冷藏和回温过程中助焊剂和合金粉末的密度不一样，容易分层，因此，使用前要进行3～10min的均匀搅拌。需注意锡膏搅拌的时间和力度，如果时间太长力量太大合金粉末很可能被粉碎，造成锡膏中的金属粉末被氧化。一旦锡膏粉末被氧化，回流焊之后产生空洞的机率将大大增加。

同时，PCB印刷锡膏后尽量不要长时间放置在空气中（通常2h内完成作业），应尽块进行贴片、回流作业，避免锡膏吸收空气中的水分或者与空气接触发生氧化现象，会额外增加空洞现象的产生。正确的使用锡膏将是保证各种焊接质量的前提条件，必须高度重视。

Sn63/Pb37焊料的沾锡时间非常短，大约0.6S，而SnAgCu焊料的沾锡时间约1.5S。同时无铅焊料的表面张力大，移动速度非常慢，焊料的润湿性、扩散性也比有铅焊料要差，有机物经过高温裂解后产生的气体很难逃出去，气体会完全被包围在合金层中。因此，无铅产生空洞的概率要比有铅大得多，这也是当今无铅化焊接课题面临的一个难题和挑战。

回流焊过程中，PCB焊盘和BGA锡球上的氧化物或有机污染物，是导致助焊剂消耗的主要因素。当助焊剂挥发物无法排出去时，就会产生空洞，因此在焊锡完全熔融前，最好能够将氧化物及有机污染物从焊盘与锡粉中完全去除。与锡粉表面氧化物的可移动性不同，焊盘上的氧化物无法移动，如果焊锡熔融前没有被助焊剂的活化剂清除，便会捕捉助焊剂，在焊盘表面被熔融焊锡包围，并且随着回流焊温度的上升，排气现象更加明显，进而导致空洞的产生。

当PCB上BGA焊盘设计大小不一致（可能由于走线需求导致空间不足，如图8）时，由于实际钢网开孔大小一致，导致对焊盘而言锡膏“承载量”不均，出现短路或者空洞的几率也是大大增加。

另一种情形是BGA焊盘设计过孔（或盲孔）时，也可能出现与盲孔直接相连接的空洞（本质上属于PCB侧界面空洞的一种），如图9。因此，BGA焊盘上盲孔最好最塞孔（填孔）处理，且将其设计在焊盘下面（如PCB制作中的树脂塞孔工艺）。

虽然SAC 合金的标称熔点为217 ℃，但实际上SAC 合金并不是真正的共晶合金（固相线与液相线的温度范围是216~220 ℃），因此，有铅焊料工艺冷却开始凝固结束焊接的温度恰好是无铅焊料刚开始熔化之时，并且处于固、液相共存的浆糊状态。因此，在有铅和无铅焊料混合组装过程中应兼顾两种焊料的温度特性。

对于有铅锡膏无铅BGA的混合装配工艺，如果温度曲线设置不当（比如峰温和持续时间不足），会造成助焊剂挥发不够充分（在助焊剂气体尚未完全挥发时，金属就已经固化，导致形成空洞）。加之无铅焊膏与有铅焊膏相比有许多固有的弱点，因此无铅BGA在焊接过程中形成焊点空洞较多。

采用氮气氛回流技术可以有效的保护回流焊过程焊球和合金粉末的二次氧化，使回流焊接中的冶金过程得以充分进行，从而获得充分熔混的优良焊点。尽管其优点突出，但同时也带来一些负面问题。例如贴装完成的PCBA在氮气氛下过炉，因炉腔内气体分压和熔融焊料表面张力的改变，增加了焊球内气泡的逃逸难度，导致BGA焊球内的空洞尺寸增大，在X-ray检测时面积比超过25%的情况。

根据阿伏伽德罗定律，同温同压时相同体积含有的分子数相同。常态下空气大致是由N₂（80%）+ O₂（20%）组成，当再流焊接炉膛内的空气被纯N₂气氛所置换时，则再流焊接炉腔内的气压也必然要发生某种变化，这种变化应该是导致BGA焊球内空气体积扩张行为的驱动力。有研究表明，当炉膛内由空气改成N₂后，炉膛内气压下降了2.8%，即假定空气时气压为1bar，换成N₂后，炉膛内气压降低了28hpa，故为保持空洞内气压与炉膛内气压的平衡，就只有增大空洞的体积予以实现（图10所示）。

BGA封装的优点使其应用范围愈加广泛，但带来的问题同样突出，比如严格的焊点可靠性要求，返修难度加大（芯片需植球处理）以及对温湿度的高敏感性等。空洞只是BGA焊接诸多缺陷的一种，控制空洞和提高BGA焊接可靠性的工艺改进建议包括：

（1）PCB、芯片预热，去除潮气；对PBGA要在焊接前以100℃烘烤6～8 h。

（2）清洁BGA焊盘，将留在PCB表面的助焊剂、焊锡膏清理掉。

（3）选择合适厚度和开孔规则的钢网，锡膏使用前搅拌均匀，提高焊锡膏印刷质量，增加锡膏的粘度也是改善空洞现象的有效手段。

（4）贴片时确保BGA芯片上的每一个锡球与PCB上每一个对应的焊点对正。

（5）回流焊过程中，要正确选择各区的加热温度和时间，同时应注意升温的速度。一般在100℃前，最大的升温速度不超过6℃/S，100℃以后最大的升温速度不超过3℃/S，在冷却区，最大的冷却速度不超过6℃/S。因为过高的升温和降温速度都可能损坏PCB和芯片，这种损坏有时是肉眼无法观察到的。同时，对不同的芯片、不同的焊锡膏，应选择不同的加热温度和时间，如CBGA芯片的回流温度应高于PBGA的回流温度，90Pb/10Sn应比63Sn/37Pb焊锡膏选用更高的回流温度。对免洗焊膏，其活性低于非免洗焊膏，因此，焊接温度不宜过高，焊接时间不宜过长，以防止焊锡颗粒的氧化。

（6）PCB设计时，BGA所有焊点的焊盘应大小一致，如果有过孔，则必须设计到焊盘下面，确保所有焊盘大小一致，焊盘上焊锡一样多，高度一致。