IPC-7095D-CHINESE NP 2019 - 第179页

IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 163 图 8-23 用锡铅焊膏采用向后兼容再流曲线组装至印制板上的 BGA SAC 焊球切片的显微照片 图注： SAC 焊球已熔化。 8.5.5.5.1 SAC 焊球 BGA 用锡铅焊膏再流的向后兼容选项 一些继续使用锡铅焊接工艺的产品设计团队面临 如何使用仅可获得无铅焊球 BGA 的困境。有三种方法解决混合冶金条件下潜在的焊点完整性问题： 1 ） 实施植球 ，去除无铅焊球并…

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图 8-21　锡铅且向后兼容与无铅印制板组装再流焊曲线比较
A– 温度（°C）
B– 时间（秒）
C–SnPb 共晶温度
D–SAC 共晶温度
E–SAC 焊球未熔化（反向兼容差）
F–SAC 焊球熔化（向后兼容好）
G– 典型的无铅（SAC）温度曲线
图 8-22 图示了 BGA 封装 SAC 焊球切片的显微照片，
它用无法熔化或液化的 SAC 焊球的再流温度曲线焊接
至印制板。
由于两个原因，使得这类焊点对良率影响也是有害的。
1） 由于焊球未熔化
，再流时 BGA 自对准差。BGA 在
贴装期间或之后偏移到一定程度时，会增加焊点开
路的可能性。
2） 焊球塌陷的缺失可能造成焊点开路
，由于沉积焊膏
和焊球之间缺少接触。
为了提升焊点良率和可靠性，应该采用图 8-23 所示向
后兼容再流曲线。在此再流曲线中，SAC 焊球融化，
且熔融锡铅焊膏中的铅会与熔化的 SAC 焊球完全混
合，在锡基中形成富铅均质结构。这样的微观结构如
图 8-23 所示。
由于 SAC 焊球熔化并塌陷，也出现了自对准并减小了
共面性问题，因此提升了 BGA 焊点的良率。
图 8-22　用 SnPb 焊膏采用标准 SnPb 再流曲线组装
至印制板上的 BGA SAC 焊球切片的显微照片
图注：
SAC 焊球没有融化；黑 / 灰互连手指状是富铅纹理边
界，杆状颗粒是 Ag3Sn IMC 层；灰色颗粒是 Cu6Sn5 IMC 层。
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图 8-23　用锡铅焊膏采用向后兼容再流曲线组装至印制板上的 BGA SAC 焊球切片的显微照片
图注：
SAC 焊球已熔化。
8.5.5.5.1　SAC 焊球 BGA 用锡铅焊膏再流的向后兼容选项
　一些继续使用锡铅焊接工艺的产品设计团队面临
如何使用仅可获得无铅焊球 BGA 的困境。有三种方法解决混合冶金条件下潜在的焊点完整性问题：
1） 实施植球
，去除无铅焊球并用锡铅焊球替代。如果遵循严格的工艺流程，植球工艺已证明是可靠的。使
用重新植球的 BGA 器件的优点是元器件适应锡铅焊接工艺，而缺点是 BGA 器件植球所需的成本和时间。
2） 在锡铅焊接过程中，利用再流曲线来协调 BGA 焊点的微观结构并使微观结构分离最小化。业界传统上采
用最高温度极限为 225°C 的锡铅焊膏。焊膏助焊剂配方设计师和元器件制造商已确定特性并测试其材料
不会在低于极限温度下退化。但是，典型的无铅焊料再流曲线的温度变化在 235°C ～ 260°C 范围内，容
易超过锡铅焊料工艺再流曲线极限 225°C。如果超过 225°C，许多元器件制造商将不再保证其元器件。
一些高性能产品的设计团队已经开展测试，并与元器件制造商合作，开发出可接受的、不会产生元器件
完整性困扰的热风再流曲线。使用热风曲线的优点是最小化工艺参数变化以及节拍时间影响小。采用热
风曲线的缺点是与额外尽职测试有关的时间和成本，以及为证实可接受元器件 / 焊点完整性而需生成再流
焊曲线时付出的努力。
3） 解决混合冶金问题的另一种方法是将标准锡铅焊接工艺温度曲线用于无铅 BGA 元器件，然后底部填充。
导致的 BGA 焊点将有不同程度的焊点微观结构的分离，这取决于印制板组件上的 BGA 元器件的尺寸和
密度。然而，施加底部填充通过将 BGA 元器件直接耦合至印制板减少了 CTE 不匹配应力对焊点的影响。
采用底部填充方法的优点是降低的成本，标准无铅 BGA 元器件较易获得性和最小焊接工艺变化。采用底部
填充材料的缺点是与增加器件底部填充工艺步骤相关的成本和时间，以及可能需要用到无法返工的底部填
充材料（即印制板组件成为无法维修）。
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图 8-24 显示了这些技术。以下是每种技术的优点和缺点：
SAC BGA 植球为锡铅合金（图 8-24A）；标准再流曲线（210 °C 至 225°C，60 至 90 秒）
• 优点：
– 适用于 SnPb SMT 工艺
• 缺点：
– 额外的成本
– 额外的时间
– 严格的植球工艺控制
SMT 过程中高温锡铅再流曲线 （图 8-24B）; 高温再流曲线（225 °C 至 235 °C，TAL> 90 秒 ）。
• 优点：
– 对节拍时间影响最小
• 缺点：
– 物料清单上不是所有的元器件都适用于高温再流
– 费力的再流曲线优化
标准锡铅再流，然后底部填充（图 8-24C）；标准再流曲线（210 °C 至 225 °C，60 至 90 秒）
• 优点：
– 适用于锡铅再流 SMT 工艺
• 缺点：
– 额外的材料和工艺成本
– 额外的工艺时间
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HJ
E
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图 8-24　混合冶金（SAC/ 锡铅）BGA 焊点替代选项
A– SAC BGA 改植为锡铅焊球
B– SMT 过程中的高温锡铅再流曲线
C– 用标准锡铅再流曲线再流，然后有底部填充
D– SAC
E– SnPb
F– 植球前
G– 植球后
H– 与铅完全混合的匀质焊点
J– 部分混合的焊点
8.5.5.6　植球　
由于锡铅焊球元器件获取有限，一些功能性设计可能需要替换（植球）BGA 元器件的焊球，
以允许与锡铅产品组件有相同的工艺。尽管常用，但这种做法有潜在的缺点，因为焊球拆除以及随后替换需要
额外的热循环。此外，焊球至元器件连接位置形成的界面合金可能无法达到想要的或预期的共晶性能。然而，
这项工艺提供了无铅 BGA 元器件采用锡铅工艺进行组装的途径。这种工艺允许调整在性能、合同约束和 / 或
与传统或生产设计兼容性上的使用策略，这种兼容性体现在无铅生产工艺需要的温度额外变动的影响。和混合
合金连接相比，重新植球工艺能够避免焊膏合金、印制板表面处理和元器件表面处理兼容性问题，然而要平衡
这些问题获得满意的生产结果是非常复杂的。
对 BGA 元器件进行植球包括采用诸如真空解焊工具、刀型烙铁头或吸锡带等局部加热源将原有焊球拆除。然
后将元器件表面清洁并准备连接新焊球，新焊球由能与元器件原始图形对准的夹具定位。随后采用典型返工加