【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第118页

例：若位于连接盘的焊球直径大致与连接盘相等，连接盘尺寸是焊球尺寸的 75 % （ 25 % 的减少量），则： 0.75mm 的 75 % = 0.56mm 连接盘上的焊球直径 0.56mm 的 30 % = 最大空洞直径 ( 0.56 )( 0.3 ) = 0.17mm 连接盘上的最大空洞直径 7.6.4 空洞评估的抽样计划由于业界…

有相关性。另外，目前还没有关于返工与热循

环之间关系的数据。

正常空洞的面积百分比是投影面积的15±10%。

注：30%左右的空洞,需要制程警示，>50%的空洞

则需要进行返工（见7.5节）。

以直径为0.20mm的空洞为例，表7-7列出了不同

焊球尺寸下的空洞百分比。当焊点尺寸减小时，

探测到的空洞直径百分比会

增大；也就是说，

一个0.75mm的焊点上的27%，就会在一个0.3mm

的焊点上膨胀到67%。

缺陷的确定要根据产品可靠性要求。例如，如

果允许的最大空洞尺寸为焊球直径的31%，那么

就意味着所允许的空洞面积比为9%。这9%可以

是一个空洞，也可以是许多空洞的总和。一些

新式X射线设备使用能汇总空洞

面积的算法。X

射线断层合成成像目前所运用的算法不能够统

计空洞面积之和。

对于单个空洞，X射线断层合成成像可以识别比

预期尺寸大的空洞所引起的缺陷。

例：如果焊球尺寸 = 0.75mm，允许最大空洞尺

寸 =30%焊球直径，允许的在焊球中心的最大空

洞尺寸计算如下：

0.75mm的30%

(0.75mm)(0.3) = 0.225mm 最大空洞直径

当空

洞并非位于焊球中央，而是在电路板或者

元器件连接盘附近时，焊球的剖面直径和最大

可允许空洞直径都会减少。

IPC-7095c-7-44a,b

图7-44 在50 kV (a) 和 60 kV (b)下有空洞焊点的X射线图像

(a)(b)

IPC-7095c-7-45

图7-45 建议的空洞协议⽰例

025"连接盘 06" 空洞

24%直径

6% 面积

25" 连接盘 013"空洞

2% 直径

7%面积"

.020" X .030"

.010" 空洞

50% 直径

10% 面积

20 X 40 + 10,5,5,5,5,5,5

24% 面积

20 X 40 + 10,10,5,5,3

26% 面积

.020" X .030"

.014" 空洞

70% 直径

19% 面积

20" X .030"

.016"空洞

80%直径

25% 面积

.020" X .030"

.018" 空洞

90% 直径

31% 面积

025"连接盘 015"空洞

60% 直径

36% 面积

025"连接盘 010" 空洞

50% 直径

16% 面积

25 + 6,6,6,3,3

,3,3,3

24% 面积

25 + 10,10,6

38% 面积

25 + 10,6,6,6

37% 面积

25 + 6,6,6,4,3,3,3,3

25% 面积

表7-7 各种直径焊球与空洞⼤⼩图像对⽐

焊球直径/X射线图像

空洞直径0.2mm

空洞直径％空洞⾯积％

0.85mm 24% 6%

0.75mm 27% 7%

0.65mm 31% 9%

0.55mm 36% 13%

0.45mm 44% 20%

0.40mm 50% 25%

0.30mm 67% 44%

2013年1月 IPC-7095C-C

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例：若位于连接盘的焊球直径大致与连接盘相

等，连接盘尺寸是焊球尺寸的75%（25%的减少

量），则：

0.75mm的75% = 0.56mm 连接盘上的焊球直径

0.56mm的30% = 最大空洞直径

(0.56)( 0.3)= 0.17mm 连接盘上的最大空洞直径

7.6.4 空洞评估的抽样计划由于业界关注空

洞，本标准试图定义空洞基准线目标和工艺控

制方法。大家都

认同，丢弃好的产品或对已识

别此条件下的空洞对可靠性没有影响的产品进

行返工，是没有意的。

空洞发生的判据并不基于100%的检测，而是通

过采用抽样计划来完成的。抽样计划条件等同于

IPC-6012并重复列出于表7-8中，应该注意的是

该表是基于C=0的抽样计划。这意味着，对于所

有IPC标准，当选中的样本中有一个超出表7-7

所列的空洞尺寸

特性时，需要对整批进行100%

的评估。

根据产品等级类别和顾客要求，适当的纠正措

施可能会有所不同，最终措施是拆除并替换受

到影响的元器件；但是，这些解决方案必须要

仔细评估，因为产品应当已经被设计为包括再

评估在内的允许维修程序。在主设计图上注明

一旦关于组装允许的空洞百分比协议被建立，

就应该从生产的产品中随机抽取

样品，并评估

与协议中规定的可接受条件的符合性。关于样

本数量的确定取决于所生产产品的数量，也应

考虑作为特定组件一部分的BGA的数量。

用指数值2.5审视关于BGA组装和空洞发生的制

程能力时，是个不错的选择。水平A指数2.5可

用于评估消费类和电脑应用类的商业性产品，

也适用于电信设备。对于需要高性能长寿命、

要提

供不间断服务（但不是致命的）以及允许

某些外观不良的2类产品，应使用指数1.5。

3级产品适用于高可靠性电子产品，包括商用和

军用产品，这类产品对于持续的性能或实时需

要的性能是关键的。这类设备的停机是不能允

许的，而且必须要在需要时发挥作用，如生命

维持设备或重要武器系统。包含有BGA的这种

印制板组件适用于需要高级别保证和关

键服务

的场合；因此，该评估需要以指数1.0来抽样。

采用指数的目的是要定义接收概率，因为尽管

所有已检验的样品都满足所规定的空洞协议，

但从该指数表示的统计概率看，依然存在某些

产品可能不能满足已建立的标准。级别C指数为

1.0需要从125个组件生产批中抽取13个样品进行

检查。即便所有样品

都满足了协议要求，该批

出现不合格产品的概率仍有1.0%，估计少于两个

组件有问题，这对很多应用来说是可接受的风

险。

表7-8 C=0抽样⽅案（特定指数值的样本量*)

批量⼤⼩

1级 2级 3级

2.5* 4.0* 6.5* 1.5* 2.5* 4.0* 0.10* 1.0* 2.5* 4.0*

1–8 5 3 2 ** 53** ** 53

9–15 532853** 13 5 3

16–25 533853** 13 5 3

26–50 555855** 13 5 5

51–90 765876** 13 7 6

91 – 150 11 7 6 12 11 7 125 13 11 7

151 – 280 13 10 7 19 13 10 125 20 13 10

281 – 500 16 11 9 21 16 11 125 29 16 11

501 – 1200 19 15 11 27 19 15 125 34 19 15

1201 – 3200 23 18 13 35 23 18 125 42 23 18

3201 – 10,000 29 22 15 38 29 22 192 50 29 22

10,001-35,000 35 29 15 46 35 29 294 60 35 29

*指数值与AQL值相关。如果一个具体的产品被用户定义为“关键性的”，那么指数值就要求较小。用户应当在采购文件内指定要求，并“关键

性”的要求

**表示要整批全检

IPC-7095C-C 2013年1月

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7.7 减少空洞的⼯艺控制

7.7.1 ⼯艺参数对于空洞形成的影响为了建

立起对于BGA组装的工艺控制，弄明白在印制

板组装过程中什么工艺参数影响空洞的形成频

率和大小是很重要的。组装后在焊点中发现的

空洞通常被称为制程空洞，也被称为大空洞。

制程空洞通常由助焊剂和焊膏中的挥发成分演

变而来。但是，如果焊点中的大空洞在SMT制

程后被发现，则可能它们不只是在SMT制程中

产生的。

将焊

球与BGA封装基板相连的球组装过程也会

产生焊球内的空洞。因此，需要研究BGA器件焊

球中的空洞数量，BGA器件焊球中的空洞级别

可以是非常高的。JEDEC指南，JESD217，建议

SMT前BGA已有空洞百分比应该小于15%。BGA

焊球中高级别的空洞在SMT再流焊接工艺之后

可能会导致更高级别的焊点空洞。

再流焊时间和温度曲线、焊膏配方、焊膏量、元

器件和印制电路板污染/氧化以及多次再流

被认

为是影响组装后焊点空洞级别的参数。但是，这

些参数对于BGA空洞的影响程度也是不同的。

每种参数对焊点空洞影响的细节讨论如下：

7.7.1.1 焊膏配⽅用于组装BGA器件的助焊剂

比焊膏更容易在焊点中产生更小的空洞。原因

是在再流焊过程中焊膏中焊粉的氧化物会与焊

膏助焊剂反应并形成排气，导致BGA焊点中更

多的空洞

。

用水溶性的焊膏进行BGA焊点组装比使用免清

洗焊膏更易形成空洞。这是因为水溶性焊膏和免

清洗焊膏中的助焊剂成分是不同的。水溶性焊

膏中助焊剂的性质比免清洗焊膏助焊剂活性更

强，与焊料粉末中的氧化物反应更快更完全。这

种反应导致再流焊接工艺中有更多外溢气体。

对于无铅免清洗焊膏，用不同型号/制造商提供

的免清洗焊膏组装焊点中的空洞级别，没有大的

差异。即使改变焊膏中的助焊剂溶剂和金属含

量，在焊点中空洞级别变化不很显著（<1%）。

焊膏中的焊料粉末类型也会影响电路板组装后

的空洞级别。焊粉越细，焊粉颗粒表面积与体

积比就越大，于是具有更高的氧化物含量。随

后在再流焊接工艺中与助焊剂反应的氧化物越

多，所产生的外溢气体也会增多。

7.7.1.2 焊膏量

施加于PCB连接盘的焊膏量增

多会导致焊点中形成更多空洞。这是由于焊膏

施加得越多，出现的助焊剂溶剂就越多，进而

在与焊料粉末氧化物和焊球氧化物的反应时形

成更多的气体逸出。焊膏量对于空洞的形成变

得越来越关键，因为焊球尺寸越小，焊膏量和

焊球体积之比变得越大。

7.7.1.3 元器件/PCB

/焊膏污染/氧化焊球和连

接盘表面污染会导致SMT制程中产生空洞。污

染物可能会在PCB连接盘上产生不可焊接的表

面，这可能会使大空洞附着于连接盘，在焊接温

度时下污染物如分解可能会产生挥发性气体。

如果焊膏暴露在空气或湿度较高的环境下，焊

膏中的焊料粉末可能会被氧化。在再流焊过程

中，助焊剂与焊料粉末的氧化层反应并生成挥

发性

气体，进而在焊点中形成空洞。较细尺寸

的粉末有更大的表面积，于是在SMT制程更可

能产生逸出气体。

暴露于高温、潮湿环境或室温下足够久的BGA

焊球会在其表面形成一层较薄的氧化外壳。这

种氧化外壳在再流焊时会阻止空洞从熔融的焊

球中逸出。

与焊球氧化相比，PCB连接盘表面的氧化不会

显著影响焊点的空洞级别

。这可能是因为连接

盘表面积远小于焊料粉末表面积，因此助焊剂

可能无法完全与连接盘表面的氧化物反应。

7.7.1.4 再流温度曲线再流焊峰值温度和液相

线以上时间（TAL）被认为是再流焊温度曲线中

影响空洞的两大关键参数。一些制造商认为增

大峰值温度同时延长液相线以上时间会使得焊

点中的空洞扩张和增长。但是，实验结果表明

峰值温度

的增加以及液相线以上时间的延长对

于焊点中空洞级别的影响有限。比如，将峰值

温度从235°C增至250°C同时将TAL时间由35秒

增至85秒，空洞级别的平均值只增长小于1%。

有两种传统再流焊温度曲线，升温-保温-峰值

（RSS）以及升温到峰值（RTS）温度曲线。一

些焊膏供应商建议使用RSS温度曲线来控制焊点

中的空洞，因为保温阶段

能使助焊剂活性得到

激活以避免空洞形成。但是，RSS和RTS温度曲

线对于空洞级别并没有大的差异。例如，如果

在相同的峰值温度和液相线以上时间下分别使

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