【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第117页

有相关性。另外，目前还没有关于返工与热循环之间关系的数据。正常空洞的面积百分比是投影面积的 15 ± 10 % 。注： 30 %左右的空洞 , 需要制程警示， > 50 % 的空洞则需要进行返工（见 7.5 节）。以直径为 0.20mm 的空洞为例，表 7-7 列出了不同焊球尺寸下的空洞百分比。 …

7.5.3.5 IMC微空洞 IMC微空洞发生在铜和高

锡焊料，包括SAC和锡铅焊料，形成的金属间

化合物（IMC）中。这些IMC微空洞不会在焊接

工艺后立即形成，但会在高温老化后或在焊点

热循环中产生。这种现象发生的根本原因仍在

调查研究中，但是一种名为Kirkendall的空洞形

成机理可以作出部分解释。这些空洞可以影响

焊点可靠性，特别是

在焊点遭受跌落或者机械

冲击时，IMC内的脆性裂纹开始出现时。在焊料

中掺加某些元素，如锌，是一种减少这些IMC

微空洞数量的方法。

7.5.3.6 针孔空洞针孔空洞是由PCB铜连接盘

上的针孔引起的。如果达到足够的数量，它们

会影响焊点可靠性。这些空洞由这些针孔内裹

挟的PCB制造用的化学物质并在再流焊时挥发

而导致。针孔的形成是由

PCB制造商镀铜工艺

的偏差造成，可以通过改善镀铜工艺控制系统

来消除它。

无论何时发现焊点中有空洞，首先要识别空洞

是上述分类中的哪一种，以确定它们对连接点

可靠性的影响，并评估纠正措施以尽量减少或

消除这些空洞。

7.6 空洞测量

7.6.1 X射线探测和测量注意事项一些仍用于

检测焊料空洞的实时X射线检测系统使用了X射

线成像装置，当

电压过曝或磷光过曝时，该装置

就会表现出文献中查阅到的异常现象。理论上使

用图像增强器或平板探测器的任何系统都会过

曝。但是，使用图像增强器或平板探测器的现代

高对比X射线系统完全有能力提供理想的图像。

图7-44是旧系统中电压过曝光的例子。如果确定

在用的X射线检测系统表现出电压过曝，可采取

下面的建议以获得较

精确的空洞尺寸测量：

• 不受电压过曝影响的X射线胶片图像，已经被

发现可提供空洞尺寸更精确的测定。

• 当通过切片或者模拟确定了空洞的实际尺寸

后，确定X射线源电压与过曝程度之间的相互

关系。注：色调质量应足以看到穿过空洞的导

体。

• 对于1至256灰阶系统，电压和电流每次

设定，

灰阶应当复位至在120到140之间。标准化灰阶

将会维持测量的一致性。

7.6.2 空洞的影响在不影响产品所需可靠性

的前提下，允许有多少数量及多大尺寸的空洞

呢？空洞会通过弱化焊球和降低功能性来影响

可靠性，因为横截面积的减少会降低热传递和

载流能力。

较大的空洞是更有害，但是再流前的小空洞在

再流焊中会合并形成大空洞。通常

优先考虑的

是消除空洞或至少实质性地减小空洞。在工艺

的开发阶段，应该建立使空洞最小化的工艺控

制。

有许多研究已表明观察到中等尺寸空洞在性能

方面有小的增加。这些情况常见于工艺受控时。

可靠性的增加是焊点高度的增加和焊点裂纹扩

张的暂时、局部延缓的结果。

BGA焊点空洞的确定需用X射线检测；为了确定

空洞

的影响或其位置和尺寸可能需要切片方

法。

低成本设备的原理基于透射X射线。与有引线元

器件不同，BGA不仅仅在元器件外围有焊点，

而且有无法通过通常的视觉技术检测的内部焊

点。较高成本的设备的原理基于X射线的断层合

成成像或分层成像。这两种类型的系统都可提

供有用的技术以探测和定位空洞（见7.3.1节）。

建议在发布产品前先对允收空洞的工艺进行鉴

定。

7.6.3 空洞协议开发在许多应用场合，工程团

队会通过受控实验确定项目特性之后，建立可允

收的空洞协议。图7-45表示了空洞协议的案例，

描述了各种连接盘图形下相比于其直径的空洞

大小变化。

对于过程中控制，使用>35%的面积作为具有>50%

的空洞直径阈值的标准。对于拒收-返工，使

用>45%的面积作为具有>65%空洞直径

阈值的标

准。

使用X射线需要小心对敏感材料或元器件的过曝

辐射，因为不同X射线系统的辐射剂量变化范围

很广。对辐射敏感元器件，需要与元器件供应

商讨论关于辐射剂量的隐含要求，同时应当与x

射线设备供应商讨论在典型的X射线检测下所能

达到的剂量率。

尽管有许多描述数据提供了对空洞的识别，但

并不总是与连接点热循环寿命关联的显著因子

IPC-7095C-C 2013年1月

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有相关性。另外，目前还没有关于返工与热循

环之间关系的数据。

正常空洞的面积百分比是投影面积的15±10%。

注：30%左右的空洞,需要制程警示，>50%的空洞

则需要进行返工（见7.5节）。

以直径为0.20mm的空洞为例，表7-7列出了不同

焊球尺寸下的空洞百分比。当焊点尺寸减小时，

探测到的空洞直径百分比会

增大；也就是说，

一个0.75mm的焊点上的27%，就会在一个0.3mm

的焊点上膨胀到67%。

缺陷的确定要根据产品可靠性要求。例如，如

果允许的最大空洞尺寸为焊球直径的31%，那么

就意味着所允许的空洞面积比为9%。这9%可以

是一个空洞，也可以是许多空洞的总和。一些

新式X射线设备使用能汇总空洞

面积的算法。X

射线断层合成成像目前所运用的算法不能够统

计空洞面积之和。

对于单个空洞，X射线断层合成成像可以识别比

预期尺寸大的空洞所引起的缺陷。

例：如果焊球尺寸 = 0.75mm，允许最大空洞尺

寸 =30%焊球直径，允许的在焊球中心的最大空

洞尺寸计算如下：

0.75mm的30%

(0.75mm)(0.3) = 0.225mm 最大空洞直径

当空

洞并非位于焊球中央，而是在电路板或者

元器件连接盘附近时，焊球的剖面直径和最大

可允许空洞直径都会减少。

IPC-7095c-7-44a,b

图7-44 在50 kV (a) 和 60 kV (b)下有空洞焊点的X射线图像

(a)(b)

IPC-7095c-7-45

图7-45 建议的空洞协议⽰例

025"连接盘 06" 空洞

24%直径

6% 面积

25" 连接盘 013"空洞

2% 直径

7%面积"

.020" X .030"

.010" 空洞

50% 直径

10% 面积

20 X 40 + 10,5,5,5,5,5,5

24% 面积

20 X 40 + 10,10,5,5,3

26% 面积

.020" X .030"

.014" 空洞

70% 直径

19% 面积

20" X .030"

.016"空洞

80%直径

25% 面积

.020" X .030"

.018" 空洞

90% 直径

31% 面积

025"连接盘 015"空洞

60% 直径

36% 面积

025"连接盘 010" 空洞

50% 直径

16% 面积

25 + 6,6,6,3,3

,3,3,3

24% 面积

25 + 10,10,6

38% 面积

25 + 10,6,6,6

37% 面积

25 + 6,6,6,4,3,3,3,3

25% 面积

表7-7 各种直径焊球与空洞⼤⼩图像对⽐

焊球直径/X射线图像

空洞直径0.2mm

空洞直径％空洞⾯积％

0.85mm 24% 6%

0.75mm 27% 7%

0.65mm 31% 9%

0.55mm 36% 13%

0.45mm 44% 20%

0.40mm 50% 25%

0.30mm 67% 44%

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例：若位于连接盘的焊球直径大致与连接盘相

等，连接盘尺寸是焊球尺寸的75%（25%的减少

量），则：

0.75mm的75% = 0.56mm 连接盘上的焊球直径

0.56mm的30% = 最大空洞直径

(0.56)( 0.3)= 0.17mm 连接盘上的最大空洞直径

7.6.4 空洞评估的抽样计划由于业界关注空

洞，本标准试图定义空洞基准线目标和工艺控

制方法。大家都

认同，丢弃好的产品或对已识

别此条件下的空洞对可靠性没有影响的产品进

行返工，是没有意的。

空洞发生的判据并不基于100%的检测，而是通

过采用抽样计划来完成的。抽样计划条件等同于

IPC-6012并重复列出于表7-8中，应该注意的是

该表是基于C=0的抽样计划。这意味着，对于所

有IPC标准，当选中的样本中有一个超出表7-7

所列的空洞尺寸

特性时，需要对整批进行100%

的评估。

根据产品等级类别和顾客要求，适当的纠正措

施可能会有所不同，最终措施是拆除并替换受

到影响的元器件；但是，这些解决方案必须要

仔细评估，因为产品应当已经被设计为包括再

评估在内的允许维修程序。在主设计图上注明

一旦关于组装允许的空洞百分比协议被建立，

就应该从生产的产品中随机抽取

样品，并评估

与协议中规定的可接受条件的符合性。关于样

本数量的确定取决于所生产产品的数量，也应

考虑作为特定组件一部分的BGA的数量。

用指数值2.5审视关于BGA组装和空洞发生的制

程能力时，是个不错的选择。水平A指数2.5可

用于评估消费类和电脑应用类的商业性产品，

也适用于电信设备。对于需要高性能长寿命、

要提

供不间断服务（但不是致命的）以及允许

某些外观不良的2类产品，应使用指数1.5。

3级产品适用于高可靠性电子产品，包括商用和

军用产品，这类产品对于持续的性能或实时需

要的性能是关键的。这类设备的停机是不能允

许的，而且必须要在需要时发挥作用，如生命

维持设备或重要武器系统。包含有BGA的这种

印制板组件适用于需要高级别保证和关

键服务

的场合；因此，该评估需要以指数1.0来抽样。

采用指数的目的是要定义接收概率，因为尽管

所有已检验的样品都满足所规定的空洞协议，

但从该指数表示的统计概率看，依然存在某些

产品可能不能满足已建立的标准。级别C指数为

1.0需要从125个组件生产批中抽取13个样品进行

检查。即便所有样品

都满足了协议要求，该批

出现不合格产品的概率仍有1.0%，估计少于两个

组件有问题，这对很多应用来说是可接受的风

险。

表7-8 C=0抽样⽅案（特定指数值的样本量*)

批量⼤⼩

1级 2级 3级

2.5* 4.0* 6.5* 1.5* 2.5* 4.0* 0.10* 1.0* 2.5* 4.0*

1–8 5 3 2 ** 53** ** 53

9–15 532853** 13 5 3

16–25 533853** 13 5 3

26–50 555855** 13 5 5

51–90 765876** 13 7 6

91 – 150 11 7 6 12 11 7 125 13 11 7

151 – 280 13 10 7 19 13 10 125 20 13 10

281 – 500 16 11 9 21 16 11 125 29 16 11

501 – 1200 19 15 11 27 19 15 125 34 19 15

1201 – 3200 23 18 13 35 23 18 125 42 23 18

3201 – 10,000 29 22 15 38 29 22 192 50 29 22

10,001-35,000 35 29 15 46 35 29 294 60 35 29

*指数值与AQL值相关。如果一个具体的产品被用户定义为“关键性的”，那么指数值就要求较小。用户应当在采购文件内指定要求，并“关键

性”的要求

**表示要整批全检

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