【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第111页

分析软件也是需要的。除了实时显示焊点图像，带有诸如图像捕捉和测量的特征也是有用的。一些系统可提供焊点接收和拒收的参考图像。将这些图像与正被评估的图像进行比对，可减少检验判断时的主观性。 7.3.7.1 BGA 组装协议 SMT 焊点的可靠性和机械强度非常重要，特别在高可靠性产品应用…

件底下。这样做，会导致焊点开裂。BGA周围

确定需要足够空间供塞规插入。BGA的间隙高

度可以给出焊球是否有完全地和均匀地再流的

某些提示。通常的，焊球为0.75mm的PBGA的

间隙高度在再流焊之前大约为0.60mm，在再流

焊之后则会跌至0.45mm(包括焊膏)。根据焊球

尺寸，所用合金以及BGA 是否含金属散热片，

其它BGA封装有各自的间隙高度特点

。由于每

种封装都有自己的间隙特点，用户应该开发元

件组装的再流焊曲线以使用适合的塞规。

7.3.7 光学检测内窥镜检查是一种光学检验方

法，可对狭小限制区域内的细小物件进行外观检

验。这项技术适用并应用于BGA焊点检测。可

检验和分析BGA焊点的各种关键因素，例如：

• 焊点总体质量-理想润湿的证据

• 焊点形状-理想再流

的证据

• 焊点表面纹理-光滑与不规则

• 焊点总体外观-助焊剂残留等

• 焊点缺陷-焊料短路、开路和冷焊

• 焊球缺失

这项技术最适用于BGA外排焊点的检测，如图

7-34所示。这项技术的局限性是无法以同等级的

质量和清晰度检测内排焊球。有时也用它检测

内排焊球，但是无法如外排焊点一样看得清细

节。通常不可能看到第二排或第三排的焊球上

的

焊膏，这好比无法从外部看见森林中央的树

一样。

这项技术的另一显著特征是镜头设计。高度先

进的镜头可以聚焦并且通过镜子或棱镜将图像

转动90°。高分辨率CCD相机或监视器可用于捕

捉和显示图像。放大倍数取决于工作距离，范

围可从50倍变化至200倍（见图7-35和7-36）。

照明是很重

要的因素。如果光源没有恰当地照

亮被检测的焊点，图像质量就差。前置灯光可

帮助检测焊点的正面，而背光源则可用来探测

焊料短路和其它堵塞情况。背光也可用于显示

焊点的外形轮廓，这可简便地观测焊点的整体

形状。

给镜头和CCD相机提供足够支撑和保护的稳健

的定位系统是必要的。它应消除由冲击和振动

所带来的

移动，且必须是可调节的，通过在所

需的范围内的移动。

图7-34 内窥镜⽰例

图7-35 在氮⽓中再流后并在SMT清洗过的⽆铅、

1.27mm节距的BGA

图7-36 在空⽓中再流后并在SMT清洗过的⽆铅BGA

IPC-7095C-C 2013年1月

分析软件也是需要的。除了实时显示焊点图

像，带有诸如图像捕捉和测量的特征也是有用

的。一些系统可提供焊点接收和拒收的参考图

像。将这些图像与正被评估的图像进行比对，

可减少检验判断时的主观性。

7.3.7.1 BGA组装协议 SMT焊点的可靠性和

机械强度非常重要，特别在高可靠性产品应用

中。空洞和其它缺陷可能会伤害热循环可靠

性。但是有温度

循环数据显示，空洞改善了测试

结果。

焊点中的空洞是常见的而且小级别的空洞是不

可避免的。BGA中的空洞很难非破坏地、定量

地描述。X射线测量是唯一可行的方法，但很棘

手。

空洞质量协议必须适用于所有组装情况。返

工，即使是“需要的”，也会使事情变得更糟。

必须制定过程和批接收协议。外包/延伸供应链

会造成额外的挑战。

一

些早期研究记载了空洞不可避免地会出现。

测试包括一些常见SMT焊点的空洞特性，以及将

异常失效与异常原因联系起来的目的（例如：

极大空洞）。

大部分SMT焊点都有空洞（焊点底部，外加内

部/趾部/根部填充）。大多数空洞所占面积百分

比为5%-20%，少部分则为0%或25%左右。典型的

BGA焊点平均约 10%的面积，其中一部分低至

5%，其他的则在15%的范围。BGA内各焊点空洞

所占面积百分比变化范围为0%至35%。

较早失效的焊点其空洞并不比稍晚失效焊点中

多。这是基于几百次对称元件的比较：早失效

焊点的空洞面积百分比并没有比晚失效焊点的

大。强有力的数据表明，空洞在正

常水平的变

化无关乎热循环寿命。

方法（X射线与断裂面可视化）近似等效，但两

者都非常有限、困难或主观。一项分析比较了

早失效BGA的几种形式的空洞量与相等空洞量

的晚失效的BGA。并没有发现两者有相关性。

早失效与晚失效有着相同的空洞量。

注意到所有这些BGA资料都包括有“全部焊球

分布网

”。但没有数据能统计表明BGA的“首个

失效焊点”与其寿命之间的关系。因此空洞百

分比与寿命没有数值上的相关性。取得的数据

不足以建立可能有用的5-10精度趋势线。

当下，没有新的数据对任何/所有元器件类型、

在任何/ 所有条件下建立数值上的联系（空洞

对寿命）。一些资料建议正常空洞的可变化范围

为：

• 作为过程

控制，采用>35%面积百分比作为阈值

以及>50%空洞直径阈值。

• 对于拒收/返工判定，采用空洞面积比>45%，

空洞直径比>65%作为拒收标准。

7.3.7.2 开裂的周边互连判定限扭矩螺钉刀可

用来识别开裂的周边互连（焊点）。在器件和基

板之间略微施力可以分离断裂的表面，如图7-37

所示。这项技术可以非破坏性

的方式识别开路

连接，同时也可确定该开路具体是由翘起连接

盘、界面结构还是由主体焊料引起的。这项技

术并不适用于某些基板，典型的如这些厚度较

小而使器件产生较大弯曲的基板（中介基板）。

7.3.8 破坏性分析⽅法如果非破坏性方法不

能识别异常现象的原因，用破坏性方法来隔离

问题区域也许是必要的。这种技术会导致组件

分析后无法再使用。一旦失效原因已被识别，

所得信息可用于

实施纠正措施以消除问题。

7.3.8.1 切⽚切片是一种破坏性的分析方法，

它将元器件、基板和焊点剖开后观察其剖面。

切片的第一步为识别或精确推测需要检查的区

域。如果同一个元器件上有多个可疑区域，则需

要确定这些区域是否能依次观察到。如不行，

则这些区域需要根据发现问题的概率排出优先

顺序，或者要

分析多于一个元器件。

其次，如果问题区域是较大组件的一部分，可能

需要采用切割的方法将其从较大组件分离，使

其变成一个小的更易于处理的部分。在切割过

程中应该小心确保证据没被改变或破坏。

为了适当的切片，样品应该在树脂中模制，以减

轻在切片过程中样品的碎裂或破坏（见图7-38和

7-39）。如果需要对感兴趣的区域进行细抛光，

则切

片时应该距感兴趣的界面有一合理的距

离，留有足够的距离给界面细抛光。

在某些情况下，研磨可能需要贯穿整个元器件

以观测不同界面的完整性。借助于切片分析，

2013年1月 IPC-7095C-C

通常的失效是组件中出现了开路。这样的开路

可能会发生于焊料界面上。

7.3.8.2 染⾊渗透染色渗透试验法可在工艺建

立时和失效分析中运用，用来探测焊点开裂、

润湿问题以及封装分层。样品浸于可穿透任何

裂纹、分层区域或者开口空洞的低粘性的液体

染料中。然后将浸过的样品剥离，并检验焊点

中或材料界面是否出现染色。如果使用荧光染

料，则样

品在UV灯下检验。染色增强了瑕疵的

能见度, 否则可能难以探测到。连接盘上出现染

色表示与连接盘的润湿差，并以此来估算连接盘

未润湿的部分；然而，非常细的裂纹可能由于

太小导致液体不能完全进入，这是由于液体表

面张力阻止其进入的缘故（见图7-40和7-41）。

IPC-7095c-7-37-cn

图7-37 ⼯程裂缝评价技术

侧视图

端视图

BGA

扭矩螺丝刀~ 0.02Nm

~ 0.03 mm 最小间隙

图7-38 穿过焊球空洞的焊球切⽚

图7-39焊球/连接盘界⾯处裂纹开裂的切⽚

图7-40焊球底部没有染料渗透

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