IPC-7095D-CHINESE NP 2019 - 第116页
IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 100 这些元器件离开再流炉后 ，它们的混合冶金微观结构 将包括两个区域 ，如图 7-17 所示 。焊点顶部的区域 ， 远离印刷有 BiSn 焊膏的 PCB 连接盘 ，是原始 BGA 焊 球的未熔化 SAC 焊料。焊点的下部区域是来自焊膏的 Bi 已经扩散至 SAC 焊球的区域 ，该区域由 Bi 包围的 的 BiSn 颗粒组成。 因为 BGA 的 SAC 焊球没有完全熔化 ，所…
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所有三种情况都是在板上印刷焊膏，然后将 BGA 器件贴装到板上，最后板子再流焊接。再流焊后焊点的横截
面图，如图 7-15 所示，说明了三种工艺的差异。假设 BGA 器件有 SAC 焊球。
BiSnAg 基型和韧性冶金焊膏具有与 SAC 焊锡膏类似的模板印刷特性。研究一系列面积比模板开孔的焊膏印刷
后显示，用于优化焊膏转移效率的模板印刷功能关键性参数设置（如刮刀角度、刮刀速度、压力、模板释放、
擦拭频率等）和 SAC 焊膏很相似。但对于焊点增强焊膏，由于焊膏中树脂的存在，为了获得可接受的转移效
率焊膏印刷工艺则有显著不同，尤其是在模板开孔宽厚比较低的情况下。
图 7-16 显示了 SAC、BiSnAg 和 JRP 的再流温度曲线。SAC 再流温度曲线是典型的升温 - 峰值的再流曲线，
峰值温度达 240°C 至 245°C。BiSnAg 再流曲线是典型的升温 - 保温 - 峰值的再流曲线，因为焊料熔化温度远
低于 SAC 合金，所以它的峰值温度为约 170°C 至约 180°C。
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图 7-16 SAC、BiSnAg 以及 JRP 焊膏的再流温度曲线的比较
A– 温度 （°C）
B– 时间 （秒）
C– 升温 - 保温 - 峰值
D– BiSnAg 再流
E– SAC 再流
F– 温升至峰值
G– 树脂固化阶段
H– JRP 再流
J– 梯形
JRP 再流曲线显著不同于其它两种焊膏的曲线。它是一个梯形的再流曲线，峰值温度 160°C 至 165°C，时长超
过 600 秒，是另两个曲线持续时间的两倍。增强树脂需要时间延长来充分固化和硬化。一些改性树脂已经明显
地缩短了固化时间，但在冷却至低于 BiSn 共晶温度 140°C 进入固化阶段之前，它需要初始快速升温至 170°C
至 180°C 的峰值温度。
然而，同升温 - 保温 - 峰值再流曲线相比，在标准 14 温区再流炉上开发 JRP 再流曲线是相当困难的。特别是
因为一些焊膏需要每秒大于 4 °C 的温升以避免在焊料熔化并润湿连接盘和元器件端子前树脂胶化。
几乎所有带焊球的 BGA 和其它面阵列元器件（如插座和连接器）都具有 SAC 冶金焊球，因此用 BiSn 基焊膏
焊接这些焊球将产生混合合金焊点。即使在 BiSn 焊膏的峰值温度下，SAC 焊料也不会熔化，因为通常为约
170°C 至约 190°C 的这种温度远低于 SAC 焊料 220°C 的液相线温度。所以当印制板连接盘上铋锡焊膏熔化时，
它先润湿 SAC 焊球，然后铋开始扩散至 SAC 焊球。
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这些元器件离开再流炉后，它们的混合冶金微观结构
将包括两个区域，如图 7-17 所示。焊点顶部的区域，
远离印刷有 BiSn 焊膏的 PCB 连接盘，是原始 BGA 焊
球的未熔化 SAC 焊料。焊点的下部区域是来自焊膏的
Bi 已经扩散至 SAC 焊球的区域，该区域由 Bi 包围的
的 BiSn 颗粒组成。
因为 BGA 的 SAC 焊球没有完全熔化，所以当使用
BiSn 再流曲线焊接 SAC 焊球的 BGA 时，焊球只是部
分塌陷。采用 BiSn 焊膏时，混合合金焊点的另一个特
征是未熔 SAC 区域和 Bi 扩散区域之间的月牙形边界。
和水平边界相反，这种月牙形是由于当 BiSn 焊料最初
在再流炉内熔化时，焊料向上润湿进入 SAC 焊球表面
的速度比 Bi 扩散进入固态 SAC 焊球快。
SAC-BiSn 混合合金的微观结构与向后兼容工艺非常相
似，也即 SAC 焊球 BGA 使用锡铅焊膏的情况。然而，
由于锡铅再流工艺的峰值再流温度非常接近 SAC 熔
点（在某些情况下超过 SAC BGA 焊球 220°C 的熔点
温度），因此 SAC BGA 的混合和焊球塌陷程度远高于
BiSn 焊膏再流工艺。
图 7-18 是一个典型 SAC BGA 焊球与 BiSn JRP 焊膏焊
接形成的 BGA 焊点的横截面。焊点的微观结构与采用
BiSnAg 焊膏时形成的焊点基本相同，未熔化的 SAC
区域位于靠近封装连接盘的顶部，Bi 扩散区位于靠近
印制板连接盘的底部。横截面也显示了固化的树脂，
它形成了靠近连接盘的焊点外侧的填充。这种树脂填
充对脆性铋相出现区域的焊点提供了增强。图 7-18 中
的照片是在亮场模式下拍摄的，使得可目视检测固化
后树脂。
焊膏在印制板上的印刷量对于 SAC BGA 焊球的 BiSn
焊接工艺很关键。
因为焊球仅部分塌陷，即使在 BiSn 焊膏再流工艺较低
峰值再流温度下，需要额外的焊膏量来克服部分塌陷，
而部分塌陷会引起过度翘曲的 BGA 元器件产生与翘曲
有关的缺陷。在机械冲击下，Bi 扩散区域的体积对焊
点的稳健性可以起一定的作用。由于铋是焊料中的脆性相，体积较大的铋扩散区域会有较低的铋含量，所以抗
机械冲击会更好。
图 7-19 显示了混合合金 SAC-BiSn BGA 焊点增加焊膏量对铋扩散区域的影响。在图 7-19 中，左侧照片是采用
了较大量的焊膏使得焊膏与焊球的体积比为 67％（焊膏体积除以焊球体积）。左侧照片中显示的铋扩散区域比
右侧照片中的大，右侧照片焊点中焊膏与焊球的体积比仅为 27％（焊膏体积除以焊球的体积）。
图 7-17 由 SAC 焊球和韧性合金铋锡焊膏焊接形成
的混合合金 BGA
焊点
A– 未熔化的 SAC 区域
B– 铋扩散区域
图 7-18 由 SAC 焊球和铋锡焊点增强焊膏（JRP）
形成的混合合金 BGA 焊点
A– 固化的树脂
B– 未熔化 SAC 区域
C– 铋扩散区域
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图 7-19 对于混合合金 SAC-BiSnBGA 焊点，焊膏量对铋混合区域的影响
图 7-20 说明了对于桨叶触点式 BGA 插座，当采用三种组合的焊球和焊膏配对时，形成的焊点形状和微观结
构。这三种情况下，形状和微观结构有明显的差异。
配置
SAC305 焊球 +
SAC305 焊膏
SAC305 焊球 +
BiSn 焊膏
BiSn 焊球 +
BiSn 焊膏
再流曲线 高温 （
SAC） 低温 （BiSn） 低温（BiSn）
横截面照片
微观结构
带有 Cu3Sn
和 Ag3Sn IMC 的共
晶 SnAgCu 相，散布于 Bi-Sn 母
体中
上部区域：焊球连接工艺导致
的未熔化的 SAC 微观结构
下部区域：沿着锡相颗粒边界
的铋，由铋扩散形成
铋和锡两相层
图 7-20 对于桨叶触点式 BGA 插座，焊球和焊膏的三种组合的焊点形状及微观结构
7.1.4.7 每种印制板组件的独特的温度曲线
再流焊程序与再流焊温度曲线并不相同。再流焊程序是机器参数
设定和传送带速度的组合，而再流焊曲线则是印制板组件经过再流焊炉时热电偶所测得温度对时间变化的可视
化表达。
每个独特的印制板组件都需要开发温度曲线，以表明组件上所有位置满足各种要求而能形成可接受的焊点。单
个程序对不同的、独特的组件可生成差异很大的温度曲线。
一个常见的误解是认为一个炉温曲线可适用于所有组件，因此不需要对每个组件开发独特的温度曲线。这是错
误的，因为每个印制板组件都有特定的热容量或不同的负载模式（当组件进入炉中时相邻组件的距离）。一个
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