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IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 11 3.7.4 返工 尽管 BGA 并不像密节距引线框架器件那样有很多的返工 ，但返工 BGA 器件可能是困难的 。 BGA 返工工具和技术包括手动和自动技术，对 BGA 植球和对连接盘进行图形修复。在返工操作时必须考虑一 些因素，它们是： • 热循环次数 • 植球时焊球塌陷 • 不损伤 BGA 载板上的焊盘 • 恰当修复连接盘，不损伤印制板上的连接盘 • 基于所用的合金，再…
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有一些 BGA 目视检验方法能够识别出焊点的问题。基于 BGA 的外排焊球，可以显示陶瓷 BGA 非塌陷焊球以
及塑封 BGA 塌陷焊球的良好流动情况。外排目视检查结果可以作为一些问题的警示，例如查看 BGA 外排与
连接盘的对齐情况，以及 BGA 座落在电路板的情况，是水平的还是倾斜的。
3.7.2 湿敏性
塑料封装的 BGA 对湿度敏感。如果 BGA 封装在组装前未进行足够烘烤或者没有保持干燥，
则容易出现翘曲、膨胀、爆裂或者开裂等情况。元器件贮存和操作程序对任何湿敏元器件，包括有引线的
SMT 器件都十分关键，而对 BGA 是至关重要的。
元器件的湿敏性可采用 J-STD-020 来测试，湿敏性决定于封装的厚度。 每种 BGA 封装类型的湿敏等级都需要
分析。了解 BGA 封装类型对应的适用温度（220°C、235°C、245°C、250°C 或 260°C）很关键。如果使用温
度更高，封装类型的湿敏性分类可能要下降几个等级。
由于模塑化合物和层压板系统的改善，绝大多数基于层压板的 BGA 可在高于 220° C 温度下安装并通过鉴定
试验。密封的陶瓷 BGA 是非湿敏器件，因此可在任一较高温度下进行安装。如果制造商使用无铅焊料，在较
高温度（如 260°C）下的测试和验证显得很重要，因为无铅应用的较高温度会对 BGA 和所有其它 SMT 器件带
来严重的问题。
3.7.3 BGA 和印制板的共面性及翘曲
塑料 BGA 封装也容易出现翘曲（封装边缘向上抬起），这可能会造成
外排焊球没有连接上。封装边缘也可能向下弯曲，因此可用术语凹面（也称作“ 哭脸”）或凸面（也称作“笑
脸”）BGA 来识别这些情况。凹面（笑脸）BGA 基板对外排焊球施压，而凸面（哭脸）BGA 基板对内排焊球
连接位置施压。封装翘曲是仅施加助焊剂返工时时面临的实际问题。大尺寸芯片会引起印制板和封装层压材料
之间 CTE 不匹配，从而造成封装翘曲（见图 3-6）。
热非平衡封装设计，特别是在顶部有散热片设计的封装，根据经典的双金属材料效应将会产生翘曲。
A
A
B
B
C
C
图 3-6 BGA 翘曲
A– 排
B– 列 C– BGA 共面性
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3.7.4 返工
尽管 BGA 并不像密节距引线框架器件那样有很多的返工，但返工 BGA 器件可能是困难的。
BGA 返工工具和技术包括手动和自动技术，对 BGA 植球和对连接盘进行图形修复。在返工操作时必须考虑一
些因素，它们是：
• 热循环次数
• 植球时焊球塌陷
• 不损伤 BGA 载板上的焊盘
• 恰当修复连接盘，不损伤印制板上的连接盘
• 基于所用的合金，再连接时采用合适的再流焊温度
• 除非使用免清洗助焊剂，否则适当地清洗以去除助焊剂残留
• 去除底部填充或角落施加的粘合剂（如果有）
• 确定返工 BGA 和 / 或板组件的成本是否值得
BGA 维修和返工的具体信息参见章节 7.9。
3.7.5 成本
BGA 相比密节距外围封装还是有些许成本差异的。然而竞争方面的压力使得 BGA 成本持续下降
以满足新的目标。随着 BGA 所需的印制板层数的增加而产生更多的成本，但采用 BGA 会带来互连概念和性
能特性方面的许多优点。
下面是 BGA 封装成本较高的一些关键原因：
• 基材成本更高（细线宽 / 间距）
• 高 Tg 值的双马来酰亚胺三嗪（BT）树脂
• 散热增强
• 电气性能增强
• 极密外部节距
• 薄外形高度
• 单一封装内多个芯片
• 采用增强板以缓解动态封装翘曲
这些问题已在业界不断得到解决并且取得了相当大的进步。
因为目前还没有建立 BGA 引脚数的设计标准，每个芯片都有不同的要求，每个封装 / 芯片组合都是独特的；
因此，制造商在外围引线封装上的规模经济不一定在面阵列器件上看得到。
3.7.6 BGA中的空洞
许多厂商采用边界扫描，在线测试（ICT）、自 动 X射线检验（AXI）和自动光学检测（AOI）
的单独或组合使用来改善对 BGA 焊点的工艺控制。有些厂商通过 X 射线来寻找空洞（见 7.3），按照接收 / 拒
收限值来识别或或验证缺陷，任何类型的焊点都不可避免地出现某种程度的空洞。热应力和机械应力下空洞数
量与可靠性性能没有相关性。其它因素如间隙高度、阻焊膜开孔、连接盘设计等对可靠性的影响更具主导性。
空洞通常是在材料和工艺的影响下，在 SMT 再流焊过程中产生的。这样的空洞被称为工艺空洞或大空洞。
但是，除了 SMT 制程之外，还有许多其它的空洞来源。这些来源将在 7.5 中详细讨论。
分别建立于 J-STD-001 和 IPC-A-610 中的要求和接受 / 拒收标准，代表了基于最佳实践的共识。设计引发的空
洞（例如，连接盘上未填充的微导通孔）可能导致高于标准限值。在这种情况下，制造商和用户在考虑最终使
用环境的基础上，建立其它的接受标准。在没有设计原因引起空洞的情况下，正常预期的空洞水平应不大于
30%。附录 A 为建立过程改进目标提供帮助。
3.7.7 焊盘坑裂
焊盘坑裂是指焊盘与印制板树脂 /
编织复合物或直接与焊盘相邻的复合物的内部分离，它也
被称为“层压板裂纹”。焊盘坑裂的图例可见图 3-7（红色箭头）所示的 BGA 焊点切片图像。
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焊盘坑裂最早是在无铅焊料转化期间观察到的。为了满足无铅焊料的高温要求，配方了新的层压板树脂系统，
它比用于锡铅焊料的层压板更硬、更脆。由于更容易开裂，在生产印制板组件期间如 ICT、分板和连接器插入
等操作时受到高动态诱发的机械应力作用下，这些层压板会失效。运输过程和产品现场使用中受到冲击和振动
应力的作用，它们也会失效。
图 3-7 焊盘坑裂示例
BGA 焊点有若干可能的失效模式。图 3-8 强调了焊盘坑裂位置与其它形式焊点失效位置之间的关系。焊盘坑
裂失效通常发生于位置 5（图例中Ｊ），位于焊盘与印制板层压板之间。处于元器件基材与元器件焊盘之间（位
置 1）的失效模式与焊盘坑裂十分类似，但是这种失效模式通常归因于元器件封装工艺而非印制板组装工艺，
位置 1 的失效通常会在元器件可靠性评估或 3.7.2 节中提到的湿度分级处理时被发现
关于印制板互连的焊盘坑裂倾向性的特性和评估，表 3-3 列出了与此相关的 IPC 标准。
B
C
D
E
F
G
H
J
A
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图 3-8 BGA 焊点各种可能的失效模式
A– 焊球
B– 元器件基板
C– 连接盘
D– 印制板
E– 元器件基板与焊盘之间的失效 （位置 1）
F– 基板焊盘与焊球之间的失效 （位置 2）
G– 焊料内部失效，通常热循环后可见 （位置 3）
H– 焊球与焊盘之间的失效 （位置 4）
J– 焊盘与印制板之间的失效 （焊盘坑裂） （位置 5）