IPC-7095D-CHINESE NP 2019.pdf - 第11页
IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 ix 图 4-21 带 SnPb37 填充的微线圈弹簧（镀 SnPb40 ） 柱栅阵列（ CGA1 152 ） …………………… 33 图 4-22 聚酰亚胺膜基引线键合 uBGA 封装基板 … 35 图 4-23 单－双金属层载带基板封装内电路布线 比较 ………………………………………… 35 图 4-24 单封装芯片叠加 BGA ……………………… 36 图 4-25 定制…
IPC-7095D-WAM1 CN 2019 年 1 月
viii
9 工艺问题排查
…………………………………… 166
9.1 阻焊膜限定（SMD）BGA 状况 ………… 166
9.1.1 阻焊膜限定（SMD）和非阻焊膜限定
（NSMD）连接盘 …………………………… 167
9.1.2 产品印制板上的阻焊膜限定（SMD）
连接盘 ……………………………………… 167
9.1.3 阻焊膜限定（SMD）BGA 失效 ………… 168
9.2 BGA 焊球过度塌陷状况 …………………… 168
9.2.1 无散热块的 BGA 焊球形状，500
μ
m 的间隙
高度 ………………………………………… 168
9.2.2 有散热块的 BGA 焊球形状，375
μ
m 的间隙
高度 ………………………………………… 169
9.2.3 有散热块的 BGA 球形，300
μ
m 的间隙
高度 ………………………………………… 169
9.2.4 关键的焊膏条件 …………………………… 169
9.2.5 通过 X 射线和切片确定空洞 ……………… 169
9.2.6 空洞和非均匀焊球 ………………………… 170
9.2.7 蛋壳空洞 …………………………………… 170
9.3 BGA 翘曲 …………………………………… 170
9.3.1 BGA 翘曲 …………………………………… 171
9.3.2 由于载板翘曲导致的焊点开路 …………… 171
9.4 焊点状况 …………………………………… 172
9.4.1 目标焊接条件 ……………………………… 172
9.4.2 过度氧化的焊球 …………………………… 172
9.4.3 退润湿 ……………………………………… 173
9.4.4 不润湿 ……………………………………… 173
9.4.5 由连接盘污染引起的不完整连接 ………… 174
9.4.6 变形的焊球 ………………………………… 174
9.4.7 变形后的焊球 - 动态翘曲 ………………… 175
9.4.8 焊料和助焊剂不充足以形成适当的焊点 … 175
9.4.9 端子接触面积减少 ………………………… 176
9.4.10 焊料桥连 …………………………………… 176
9.4.11 不完全焊料再流 …………………………… 177
9.4.12 焊料缺失 …………………………………… 177
9.4.13 不润湿开路 （NWO） ……………………… 178
9.4.14 枕头效应（HoP）焊点 …………………… 178
附录 A 减少空洞发生的工艺控制特性描述
……… 179
附录 B 词汇表及首字母缩写词
…………………… 185
图
图 3-1 BGA 封装制造工艺 ………………………… 4
图 3-2 多芯片模块 (MCM) 类型 2S-L-WB ……… 5
图 3-3 导体宽度与节距关系 ……………………… 7
图 3-4 金属线键合球栅阵列 (BGA) ……………… 7
图 3-5 倒装芯片键合球栅阵列 （BGA） …………… 8
图 3-6 BGA 翘曲 …………………………………… 10
图 3-7 焊盘坑裂示例 ……………………………… 12
图 3-8 BGA 焊点各种可能的失效模式 …………… 12
图 3-9 枕头效应（HoP）焊点缺陷的角视图（左）
和切片图（右） …………………………… 13
图 3-10 枕头效应 （HoP） 开路缺陷的切片图 ……… 13
图 3-11 不润湿开路 （NWO） 缺陷的侧视和切片
视图示例 …………………………………… 14
图 4-1 面阵列封装的端子类型 …………………… 17
图 4-2 芯片上基板 （BOC） BGA 结构 …………… 19
图 4-3 BOC 类 BGA 模封后的顶部 ……………… 20
图 4-4 BGA 基板上的倒装芯片（带凸点芯片） … 20
图 4-5 采用锡铅的 BGA 焊点 …………………… 22
图 4-6 JEDEC 叠装元器件标准结构 ……………… 26
图 4-7 Dynamic Warpage Plot with Temperature for a
Flip Chip BGA Package …………………… 28
图 4-8 具有液相线温度 100 ℃到 200 ℃且不含有
Pb,Cd 或 Au 的低温合金 ………………… 28
图 4-9 锡铋相图 …………………………………… 29
图 4-10 典型的锡铋焊料合金微观结构 …………… 29
图 4-11 塑封球栅阵列 （PBGA） …………………… 30
图 4-12 热增强型陶瓷球栅阵列（CBGA）封装的
横截面 ……………………………………… 30
图 4-13 模压聚合物灌封的陶瓷球栅阵列（CBGA）
封装 ………………………………………… 31
图 4-14 典型铜带缠绕的陶瓷柱栅阵列（CCGA） … 31
图 4-15 各种焊料柱的塑封 BGA（PBGA） ……… 32
图 4-16 典型具有铜带缠绕的焊料柱 ……………… 32
图 4-17 覆盖有 SnPb40 外层、具有电镀铜层的
PbSn10 焊料柱剖视图 ……………………… 32
图 4-18 电镀 SnPb 微线圈（左）和镀金微线圈
（右） ………………………………………… 33
图 4-19 柱栅阵列（CGA1152）陶瓷 IC 封装上的
镀金微线圈弹簧 …………………………… 33
图 4-20 柱栅阵列（CGA）封装上带有 SAC305
填充的微线圈弹簧 ………………………… 33
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图 4-21 带 SnPb37 填充的微线圈弹簧（镀 SnPb40）
柱栅阵列（CGA1152） …………………… 33
图 4-22 聚酰亚胺膜基引线键合 uBGA 封装基板 … 35
图 4-23 单－双金属层载带基板封装内电路布线
比较 ………………………………………… 35
图 4-24 单封装芯片叠加 BGA ……………………… 36
图 4-25 定制八芯片（倒装芯片及金属线键合）
SiP 组件 …………………………………… 36
图 4-26 折叠式多芯片 BGA 封装 ………………… 36
图 4-27 八层焊球堆叠封装 ………………………… 36
图 4-28 单面小外形双排直列存储器模组
（SO-DIMM）存储卡组件 ………………… 37
图 4-29 折叠以及堆叠的多芯片 BGA 封装 ……… 37
图 4-30 叠装封装（PoP）组件 …………………… 37
图 4-31 BGA 连接器 ………………………………… 38
图 4-32 带真空帽的 BGA 连接器 ………………… 38
图 4-33 针栅阵列（PGA）插座引脚 ……………… 39
图 4-34 带有和不带有贴装盖的针栅阵列（PGA）
插座 ………………………………………… 39
图 4-35 盘栅阵列（LGA）接触引脚 ……………… 39
图 4-36 带有和不带有贴装盖的盘栅阵列（LGA）
插座 ………………………………………… 39
图 4-37 BGA 焊球缺失的示例 ……………………… 43
图 4-38 进料检验时共晶焊球中的空洞示例 ……… 44
图 4-39 焊球和连接盘表面状况示例 ……………… 44
图 4-40 建立 BGA 共面性要求 …………………… 45
图 4-41 焊球触点位置公差 ………………………… 45
图 5-1 采用激光打孔生成的 HDI 可能叠构 ……… 47
图 5-2 采用蚀刻和机械工艺生成的 HDI 可能
叠构 ………………………………………… 47
图 5-3 温度超过 Tg 的膨胀率 …………………… 48
图 5-4 热风焊料整平（HASL）表面拓扑结构
比较 ………………………………………… 51
图 5-5 化学镀镍 / 浸金（ENIG）结构说明 ……… 52
图 5-6 镍与镍锡金属间化合物层之间的显示有
裂纹黑焊盘断裂 …………………………… 52
图 5-7 黑焊盘表面典型的龟裂外貌 ……………… 52
图 5-8 浸金表面下大面积区域的黑焊盘，其严重
的腐蚀刺穿富磷层进入富镍层 …………… 53
图 5-9 金脆 ………………………………………… 53
图 5-10 化学镍 / 化学钯 / 浸金（ENEPIG）结构
说明 ………………………………………… 53
图 5-11 直接浸金（DIG）的图形描述 …………… 54
图 5-12 微空洞示例 ………………………………… 55
图 5-13 导通孔堵塞方法 …………………………… 57
图 6-1 BGA 对准标记 ……………………………… 59
图 6-2 BGA 器件的连接盘 ………………………… 61
图 6-3 金属限定连接盘连接外形 ………………… 62
图 6-4 阻焊膜应力集中 …………………………… 62
图 6-5 焊点形状对比 ……………………………… 62
图 6-6 好 / 差的阻焊膜设计 ……………………… 63
图 6-7 金属限定连接盘示例 ……………………… 63
图 6-8 差的阻焊膜定位 …………………………… 64
图 6-9 好的阻焊膜定位 …………………………… 64
图 6-10 焊球随布 BGA 器件的焊球随布连接盘图形
设计 ………………………………………… 65
图 6-11 均匀网格 BGA 连接盘图形 ……………… 65
图 6-12 BGA 象限图形 ……………………………… 66
图 6-13 方形阵列 …………………………………… 66
图 6-14 矩形阵列 …………………………………… 66
图 6-15 有空缺的矩形阵列 ………………………… 66
图 6-16 焊球缺失的方形阵列 ……………………… 67
图 6-17 散布阵列 …………………………………… 67
图 6-18 导体布线策略 ……………………………… 68
图 6-19 不同阵列节距的导体和间距宽度 ………… 69
图 6-20 单根和两根导体布线 ……………………… 69
图 6-21 典型的连接盘至导通孔（狗骨）布局 …… 69
图 6-22 连接盘至导通孔（狗骨）布线选项 ……… 69
图 6-23 BGA 连接盘至导通孔（狗骨）连接盘
图形的优先导体布线方向 ………………… 70
图 6-24 螺钉和支撑的优先布局 …………………… 70
图 6-25 连接器螺钉支撑布局 ……………………… 70
图 6-26 具有焊盘内导通孔结构的 0.75mm 焊球
切片图 ……………………………………… 71
图 6-27 显示导通孔遮蔽与焊球的焊盘内导通孔
设计的切片图示 …………………………… 71
图 6-28 焊盘内导通孔工艺描述（BGA 在顶部） … 72
图 6-29 微导通孔示例（剖面图） ………………… 72
图 6-30 微导通孔内的空洞 ………………………… 72
图 6-31 BGA 接地或电源连接 ……………………… 73
图 6-32 正面再流焊点退润湿和焊球变形案例 …… 73
图 6-33 正面元器件混装板组件，波峰焊温度
曲线 ………………………………………… 74
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图 6-34 波峰焊接时，到达 BGA 焊点的热通道 … 74
图 6-35 避免 BGA 正面焊点在波峰焊时再流的
方法 ………………………………………… 75
图 6-36 镊子类工具接触焊球侧面后案例 ………… 76
图 6-37 弹簧探针与焊球底部电气接触后的压痕 … 76
图 6-38 面阵列连接盘图形测试 …………………… 77
图 6-39 板拼联 ……………………………………… 81
图 6-40 梳形电路示例 ……………………………… 81
图 6-41 使用粘合剂连接 BGA 的散热片 ………… 84
图 6-42 使用卡构连接 BGA 的散热片 …………… 85
图 6-43 用勾住印制板孔的卡钩，连接 BGA 的
散热片 ……………………………………… 85
图 6-44 用勾住焊接在印制板上柱子的卡钩，连接
BGA 的散热片 ……………………………… 85
图 6-45 将散热片引脚通过波峰焊焊接在通孔中，
连接 BGA 的散热片 ……………………… 86
图 7-1 用于宽厚比和面积比计算的模板开孔标识
（焊料模板特征尺寸） ……………………… 88
图 7-2 焊膏浸渍后的 BGA 焊球 ………………… 90
图 7-3 腔体板和 3D 模板 ………………………… 90
图 7-4 带两个空腔的 3D 模板 …………………… 90
图 7-5 狭缝金属刮刀 ……………………………… 91
图 7-6 腔体隔离区 ………………………………… 91
图 7-7 高铅和共晶焊球及其焊点比较 …………… 91
图 7-8 用于离线教学的焊球随布图像捕获 ……… 93
图 7-9 BGA 或其附近各位置的峰值再流温度
示例 ………………………………………… 94
图 7-10 锡铅组件再流焊温度曲线原理图 ………… 96
图 7-11 无铅组件再流焊温度曲线原理图 ………… 96
图 7-12 具有大型和小型元器件的印制板组件上的
热电偶位置 ………………………………… 97
图 7-13 热电偶在 BGA 上的建议位置 …………… 97
图 7-14 热电偶在 BGA 连接器上的适当位置 …… 97
图 7-15 采用 SAC 焊膏（上图），BiSn 基型或韧性
冶金焊膏（中图）和含有树脂焊点增强型
焊膏（JRP）（下图）的 SAC BGA 器件组装
工艺比较 …………………………………… 98
图 7-16 SAC、BiSnAg 以及 JRP 焊膏的再流温度
曲线的比较 ………………………………… 99
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 …………………… 100
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 ……………… 100
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 ……………………… 101
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 ………… 101
图 7-21 印制板 BGA 连接盘周围阻焊膜去除后的
影响 ………………………………………… 104
图 7-22 敷形涂覆使用不当的影响 ………………… 105
图 7-23 BGA 和其它封装的底部填充粘合剂使用
方法图 ……………………………………… 106
图 7-24 不完全底部填充覆盖的 BGA 封装 ……… 107
图 7-25 两个平行表面之间的底部填充剂
的流动 ……………………………………… 107
图 7-26 底部填充中空洞的示例 …………………… 108
图 7-27 部分底部填充示例 ………………………… 108
图 7-28 角落施加粘合剂的 BGA 显微剖切图 …… 109
图 7-29 角落施加粘合剂的 BGA 顶视图 ………… 109
图 7-30 再流前角落施加粘合剂的关键尺寸 ……… 109
图 7-31 角落施加粘合剂典型的失效模式 ………… 109
图 7-32 BGA 焊点聚合物增强四种方法的示例 …… 110
图 7-33 焊点密封材料（SJEM） …………………… 110
图 7-34 X 射线技术基本原理 ……………………… 112
图 7-35 枕头效应（HoP）焊点的 X 射线示例 …… 112
图 7-36 焊球触点空洞的三个 X 射线图示例 ……… 112
图 7-37 手动 X- 射线系统图像质量的两个示例 … 113
图 7-38 枕形失真和电压过曝的 X- 射线例子 …… 113
图 7-39 透射图像（2D） …………………………… 114
图 7-40 断层合成图像（3D） ……………………… 114
图 7-41 分层成像 3D 自动 X 射线检验（AXI）
截面图像 …………………………………… 114
图 7-42 高质量的 2D 透射 X 射线图像示例 ……… 115
图 7-43 印制板倾斜的斜视观察 …………………… 115
图 7-44 探测器倾斜的斜视观察 …………………… 115
图 7-45 自上向下观看 FBGA 焊点 ………………… 116
图 7-46 FBGA 焊点的斜视图 ……………………… 116
图 7-47 大物台计算机断层扫描（CT）/ 部分
CT 原理 …………………………………… 116
图 7-48 大物台计算机断层扫描（CT）（左侧）和
3D 渲染（右侧），显示枕头效应（HoP） … 117
图 7-49 大物台计算机断层扫描（CT） …………… 117