IPC-7095D-CHINESE NP 2019 - 第183页
IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 167 9.1.1 阻焊膜限定（ SMD ）和非阻焊膜限定（ NSMD ）连接盘 图 9-1 阻焊膜限定（ SMD ）连接盘引起的裂纹 可能原因 基板为 SMD 而印制板为金属限定； 如果两个面积差异较 大，应力就不一致，可能在 SMD 一侧形成裂纹。 印制板连接盘图形太大。 潜在解决方法 两个连接位置的面积应该相似或相同。 SMD 连接盘产生附加应力始发位置点，应该避免用于载…
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指南。那里有获得多个模型可用于对产品和应用无铅焊点的可靠性进行预估。这些模型通常都是针对具体产
品的。
确认和鉴定测试应该遵循 IPC-SM-785 给定的指南。然而，对于热量耗散显著的大元器件、不对称结构的元器
件以及整体 CTE 不匹配小的元器件，温度循环测试并不足以提供所需的信息；包含外部温度和内部功率循环
的全功能循环是必要的。
8.8 筛选程序
8.8.1 焊点缺陷
可靠性最关注的焊点缺陷是润湿不充分，导致 8.4.1 提到的缺陷。润湿良好的焊点具有足够
的强度，而没有降低抗热疲劳的能力。但没有良好润湿的焊点在机械和热循环负载作用下会过早失效。
焊点中的空洞通常不认为会对可靠性构成威胁。可能的例外有：
• 减少了焊点横截面的大空洞，足以降低所需的热传递性能
• 高频应用中，会导致信号恶化的空洞
带有非塌陷焊球的 BGA 元器件（高温焊料 PbSn10，熔点为 302°C）通常很少或没有诱发的空洞，因为焊球在
再流焊曲线期间从不熔化。
8.8.2 筛选建议
有效的筛选程序能使潜在的焊点缺陷（即润湿不充分的薄弱焊点）失效，对高质量焊点没有
明显的损伤。最佳推荐方案为随机振动（6g-10g，10-20 分钟），最好是在低温（如，-40°C）。这种负载不会损
伤良好焊点，但对薄弱位置施加过应力。热冲击也可成功地使用，但可能会对良好焊点产生某些损伤，特别是
大型元器件。
8.9 加速可靠性测试
确认和鉴定试验应该遵循 IPC-SM-785 和／或 IPC-9701 给定的指南。尽管通常会进行
ATC，对于某些产品，ATC 需要与机械冲击和 / 或振动测试联合。单套 ATC 测试条件或不充分的 ATC 测试条
件不可能提供有效结论。
加速可靠性测试在设计样机上进行，通常会持续到失效或直到达成预定的可靠性目标。恰当的可靠性目标可以
通过合适的加速模型确定（见 IPC-D-279）。
一旦失效发生，需要分析关于潜在失效机理的失效模式起因。如果预定目标未达成，有必要采取纠正措施。需
要改进组装工艺或重新设计产品。无论哪种情况，纠正措施执行后都需要重新测试。
考虑到 BGA 可能会集成多种应用，单个固定的鉴定计划可能是不充分或不足够的。因此，基于知识的测试
方法可能更稳健。它考虑最终用户的需求、应用要求和使用环境，来建立边界条件并识别合适的可靠性模
型。基于知识的测试方法可以比 IPC-9701 规定的测试脚本确立更实际的鉴定目标。基于知识的测试方法参考
JESD94。IPC-9701 也将按典型应用划分了九种产品类别，各类别产品关联到热、机械、大气要求以及它们在
典型的生产过程、储存和运行期间必须满足的电气性能要求。
9 工艺问题排查
本章节识别了与 BGA 组装相关异常，异常的描述包括识别组装后与连接结构特性和所用
焊球变异相关的失效。本章节也讨论了连接金相并分析了最终焊点的结构，尤其是归结为焊点失效的特征。
9.1 阻焊膜限定（SMD）BGA 状况
SMD 连接盘可用在相应的非关键性或功能性引脚上，因为 SMD 连接盘
有助于焊盘坑裂缺陷最小化。但是，SMD 连接盘会产生附加应力始发位置点，故应该避免在载板和连接盘上
使用。
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9.1.1 阻焊膜限定（SMD）和非阻焊膜限定（NSMD）连接盘
图 9-1 阻焊膜限定（SMD）连接盘引起的裂纹
可能原因
基板为 SMD 而印制板为金属限定；
如果两个面积差异较
大，应力就不一致，可能在 SMD 一侧形成裂纹。
印制板连接盘图形太大。
潜在解决方法
两个连接位置的面积应该相似或相同。
SMD 连接盘产生附加应力始发位置点，应该避免用于载
板和印制板连接盘。
9.1.2 产品印制板上的阻焊膜限定（SMD）连接盘
图 9-2
阻焊膜在连接盘上侵入过多
可能原因
阻焊膜在印制板连接盘上侵入过多。
这种情况在焊球中产生应力，在温度变化期间裂纹会扩
张
潜在的解决方案
始终只用 NSMD（金属限定）
连接盘来设计产品印制板，
除非需要用 SMD 连接盘来减少焊盘坑裂的发生。
SMD 连接盘的主要缺点在于 SMD 焊点产生的应力集中会成为焊点失效的起源并且降低可靠性。这种情况如
9.1.3 所示。
通过确保相同的焊点高度和连接盘直径条件，制造商使用 NSMD 比使用 SMD 连接盘其疲劳寿命因子预计增加
约 1.25 至 3，对于更严苛负载条件下的焊点会有更大的改善。
SMD 连接盘有三个主要缺点：
• 连接盘正面润湿面积小
• 连接盘尺寸精度差
• 可靠性降低，为焊点早期失效的起源
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9.1.3 阻焊膜限定（SMD）BGA 失效
图 9-3
阻焊膜限定（SMD）BGA 焊点失效
图注：
裂纹起始于焊料并最终向下扩张并穿过金属间化
合物层。阻焊膜下的镀镍层也是明显的
可能原因
裂纹起始于阻焊膜尖角处的焊料，这种情况是由于焊球
内的应力引发的裂纹扩张。
潜在的解决方案
始终只用 NSMD（金属限定）
连接盘来设计产品印制板，
除非需要用 SMD 连接盘来减少焊盘坑裂的发生。
9.2 BGA 焊球过度塌陷状况
焊球塌陷较好的近似值是初次再流后焊球高度（焊球直径）减少了大约 10%；
当有附加的散热片重量时，这一数字可能会上升至原始高度的 25%（焊球直径）。连接盘图形和阻焊膜隔离也
影响到塌陷高度。这种情况的极端值如 9.2.1 至 9.2.4 所示。
塑封 BGA 焊球通常会塌陷（即从其原始尺寸的 750
μ
m 至大约 625
μ
m）。焊接后，焊球通常进一步塌陷至大约
500
μ
m。但是，如果封装内有用于散热的散热片或散热块，焊球可能会塌陷低至 300
μ
m。当焊球压扁时，由于
有限的焊料高度与焊点柔顺性，其可靠性就会降低。还有焊球的伸展可能会超出期望的节距间隙。
9.2.1 无散热块的 BGA 焊球形状，500
μ
m 的间隙高度
图 9-4 无散热块的 BGA 焊球形状，500
μ
m 的间隙高度
可能原因
BGA 重量不造成焊球过度塌陷。
这是目标条件，并且作为其它 BGA 或同一 BGA 上其它
焊球的评估量度指标。
潜在解决方案
咨询封装供应商以确认垫高块能否内置于封装内。
也应该检查并判断塌陷焊球间的变化