IPC-7095D-CHINESE NP 2019 - 第172页
IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 156 • BGA 的位置 • 印制板厚度 • 叠装 • 连接盘尺寸 • 加固机制 • 焊料体积 • 焊料机械特性 • 焊料蠕变特性 • 焊点界面质量 作为一种补救措施，一些设计人员（特别是手机业）采用较大的角落连接盘、拉长的连接盘和 / 或边缘粘合， 角落粘合和底部填充粘合以增强其稳健性。从组装的角度来说，强制使用合适的夹具和进行适当的操作是避免 焊点损伤的关键。 8.4.1…
IPC-7095D-WAM1 CN2019 年 1 月
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印制板和／或 BGA 叠装的动态翘曲可将一些焊点拉伸
成圆柱状。对于圆柱状焊点，焊点表面与印制板连接
盘任一侧垂直。图 8-14 展示了一种可接受的圆柱状焊
点。
8.4.1.6 失效特征 6：机械失效
ICT 测试时由印制板
弯曲导致的机械应力并不少见。随着 BGA 尺寸增加，
即使需要的探测焊盘是在 BGA 的周边和背面，角落焊
点所承受的应力变得更加显著。有时由探针和真空吸
附力造成的机械应力可忽略，但重要的是要注意由机
械应力引起的过度单调应力会导致焊点失效。
因为最薄弱界面是断裂发生处，这种失效特征可能是
不同的。裂纹可能在 BGA 焊球内、在印制板或封装界
面或在印制板内如起翘的连接盘。图 8-15 显示的是由
过度机械应力造成的两种角落连接盘起翘示例，这种
缺陷也被称为焊盘坑裂
焊盘坑裂会由于电气开路而造成焊点失效。最初的裂
纹会减弱焊点的机械连接。然后随着扩张，裂纹可能
会切断电气线路而造成开路（见图 8-17）。这种失效特
征会随着较高的无铅再流温度、较硬的层压板和密度
增加的连接盘或布线而增强。
BGA 焊点抗机械应力的稳健性与下列因素有关：
图 8-14 可接受柱状焊点示例
图 8-15 焊盘坑裂的两个示例（位于 BGA 角落）
图 8-16 节距 1mm 以下的无铅焊球的焊盘坑裂
A – BGA 焊盘的蚀刻线断裂
图注：
与连接盘相连的金属线条断裂明显；但是这种焊盘在亮场景的显
微镜下很难看出来。
A
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• BGA 的位置
• 印制板厚度
• 叠装
• 连接盘尺寸
• 加固机制
• 焊料体积
• 焊料机械特性
• 焊料蠕变特性
• 焊点界面质量
作为一种补救措施，一些设计人员（特别是手机业）采用较大的角落连接盘、拉长的连接盘和 / 或边缘粘合，
角落粘合和底部填充粘合以增强其稳健性。从组装的角度来说，强制使用合适的夹具和进行适当的操作是避免
焊点损伤的关键。
8.4.1.7 失效特征 7：不充分再流
当焊球没有充分受热使焊料达到高于液相线温度时，不充分再流就会发生。
不充分的再流焊点通常见于 BGA 中心部分的下方，因为这些区域在焊接过程中的受热最慢，最有可能达不到
足够的焊接温度。
有时，出现不充分再流焊点是有关元器件特征，在再流过程中将区域的热量带走。下面的图 8-17 列举了一个
基于此造成不充分熔融焊点的例子。
图 8-17 切面图示再流过程中不充分熔融的焊点
图注：焊点位于插座凸轮的下方
8.5 影响可靠性的关键因素
8.5.1 封装技术
面阵列元器件有各种各样的类型和材料。大部分商用阵列器件采用塑料灌封以及增强刚性有
机基板中介材料进行封装。对于封装到印制板的互连，采用为金属化连接盘或合金球（焊球）。当封装高度有
问题时，通常规定用 LGA IC，不然采用小合金球的 BGA 互连系统。
大部分塑封基 BGA 上配置的触点合金是锡铅（共晶）或 SAC（无铅）成分。使用陶瓷基基板的面阵列封装配
置高铅焊球或柱状焊料（如 PbSn10）。面阵列封装变化种类的不断增长使非增强介电膜适应于基板与灌封材料
的不同组合。FBGA 和芯片尺寸封装也已得到广泛使用（尤其是便携或手持电子产品），同时许多较高功率应
用整合了封装内置散热器或散热层（见第 4 章 ）。
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当焊接至传统印制板时，面阵列封装焊料连接的长期可靠性成为主要关注点。材料的 CTE 差异会对焊接界面
产生过度的应力。面阵列封装连接的完整性会变化，这取决于焊点所受负载条件以及产品的可靠性要求。当大
硅芯片用不柔顺的环氧化合物连接到有机基板时，CTE 不匹配会进一步恶化。硅的 CTE 大约为 3ppm/°C，而
有机基板则接近于 16ppm/°C。在组装过程中的封装翘曲，甚至封装内的功率消耗都会使焊点受到显著的拉伸
应力。焊接界面的过度应力和应变会导致焊点失效，以及金属连接盘的分离。
当芯片通过刚性环氧树脂连接至封装基板时，直接位于芯片下方的基板材料 CTE 受到限制而接近于芯片的
CTE。当焊球位于同一区域且暴露于宽幅变化的工作温度时，焊接界面会受到过度应变。对于连接的芯片面背
离封装基板（也称为腔体朝上器件），仅用一薄介电层将焊点从芯片分开。芯片越大，焊料连接可靠性问题就
越严重。此外，当 BGA 焊点开裂时，它们通常出现在焊球至封装界面。这是焊料和受芯片限制的 BGA 基板
间局部膨胀不匹配的结果。
由于要将触点移至封装周边，业界希望 BGA 有较大封装轮廓，可能的例外是需保留在封装中央区域的某些
散热焊球和导通孔。无法将互连移出芯片连接区域外的一些制造商已采用较为柔顺的芯片连接材料。这种柔
顺的芯片至封装连接界面稍厚，并且展现出焊料到印制板界面应力的明显减少，从而实现了疲劳寿命的实质
性增加。
8.5.2 间隙高度
间隙高度显著影响焊点可靠性。连接有 SnPb37焊球的 BGA导致焊点高度难以受控且更低（高
度约 400
μ
m 至 640
μ
m）， 而 SnPb90 焊球（直径为 760
μ
m 至 890
μ
m）则会形成尺寸相同、一致的焊点高度，因
为 SnPb90 焊料具有远高于近共晶锡铅焊料的液相温度，并且在典型的再流焊工艺中不会融化。表 8-1 提供了
锡铅 BGA 焊球和焊膏冶金封装的典型间隙高度信息。
表 8-1 BGA 典型间隙高度
焊球节距 （mm） 间隙高度（mm） 再流前焊球直径（mm） 印制板连接盘尺寸（mm）
1.27 0.4 至 0.6 0.75 0.65
1
0.45 至 0.55 0.6 0.45
0.35 至 0.45 0.5 0.4
0.3 至 0.4 0.45 0.35
0.8
0.35 至 0.45 0.5 0.4
0.3 至 0.4 0.45 0.35
0.28 至 0.35 0.4 0.35
0.18 至 0.25 0.3 0.25
0.5
0.18 至 0.26 0.25 0.25
0.08 至 0.15 0.17 0.25
0.4
0.16 至 0.2 0.225 0.25
0.11 至 0.15 0.2 0.25
0.3 0.09 至 0.125 0.11 0.17
0.165 至 0.18 0.2 0.18
封装重量也会影响焊点可靠性，因为重量影响焊点或间隙高度。决定间隙高度的关键因素为连接盘尺寸、可用
焊料量以及元器件重量。重量越轻，连接盘尺寸越小，焊料量越多，间隙越高。