【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第124页
效 应 。图 7-53 展 示了在 再流焊 之 后 电路 板 上所 涂 的 焊膏 ， 可 以看 到 没 有 熔 合 的 焊 料 颗粒 ， 这 表 明 在 再流焊过 程中 焊膏 没 有良 好 的 抗 氧 化能力。 7.8.5.4 如何 减 轻 HoP 问题 HoP 并不 是容 易 解 决 的 缺 陷 ， 因 为有 许 多失 效 模式 能 导 致这种 缺 陷 。在 许 多 情 况 下， HoP 问题 同时 由 多 个 失 效 模 式构 成。…
板或封装材料以及封装类型和尺寸的原因，dT
可存在于单个元器件中。由于空气流动的原因，
BGA焊球的外排和内排之间也会有dT。
一般而言，BGA焊球的外排温度大于内排温度，
导致外排和内排融化时间延迟。但是，即便它
们融化的时间不一样，封装的塌陷只能在内排
焊球也融化后才会发生。此滞后也
会使最外两
排焊球在没有助焊剂保护的情况下较长时间暴
露于高温环境中，这会导致它们发生氧化并因
此产生HoP。内排和外排焊球液化时间的差异称
为液相时间延迟（LTD），并且在HoP中扮演着
关键角色（见图7-52）。
图7-52上有两个TAL。但是阴影区域显示的塌陷
后的TAL是实现理想焊点所需的最小
TAL。换言
之，为了将HoP减至最小，必须要确保实际的TAL
足够长以形成良好的焊点。
7.8.5.3 焊膏 为适 应暴露在无铅高温下以及
BGA焊球从焊膏中分离造成的焊球过度氧化带
来的焊接挑战，焊膏的特性很重要。这些无铅
焊料的助焊剂化学成分必须有足够的性能，以
防止助焊剂活性在高温下被耗竭。影响HoP缺
陷
的三个关键性质为：焊膏对于时间和温度的稳
定性、焊膏润湿性及焊膏的抗氧化性。抗氧化
性较低的焊膏意味着助焊剂并不能保护焊粉的
表面，在外表面发生的严重氧化也被称为葡萄
IPC-7095c-7-50-cn
图7-50 枕头效应产⽣的演变过程
时间
BGA贴装后
元器件
PCB
在保温区
在焊料熔点以上
枕头效应缺陷
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
温度
图7-51 由⾼度翘曲的封装造成的枕头效应（HoP）
图7-52 液相延时⽰例
220 ºC
时间 [秒]
dT
外部焊球
内部焊球
LTD
2013年1月 IPC-7095C-C
109
效应。图7-53展示了在再流焊之后电路板上所涂
的焊膏，可以看到没有熔合的焊料颗粒，这表明
在再流焊过程中焊膏没有良好的抗氧化能力。
7.8.5.4 如何减轻HoP问题 HoP并不是容易解
决的缺陷，因为有许多失效模式能导致这种缺
陷。在许多情况下，HoP问题同时由多个失效模
式构成。解决此问题的最好方法应先识别需要
解决的主要失
效模式以消除HoP。
当存在HoP问题时，增加焊膏量会使HoP的发生
率减少。这可能需要在某些或所有连接盘上套
印焊膏。
影响HoP的再流焊参数为峰值温度和TAL。当处
理HoP缺陷时，增加TAL和峰值温度可减少缺陷
级别，其原理是在焊球完全塌陷和熔融后通过
增加封装与焊膏接触时间来达成的。影响HoP的
另一项再流焊参数为保温时间，其影响程度
取
决于所用焊膏类型及其在高温环境中的表现。
遵照焊膏制造商的建议并确保在再流焊之前不
应加压和干燥助焊剂。
在再流时使用氮气可减少氧化并增加SMT良率
（减少HoP）。
7.8.6 焊球悬空/未润湿开路（WO） 一个与
枕头效应类似的常见失效特征，是头没有靠在
枕头上，被称为未润湿开路或焊球悬空。这种
失效发生在封装严重翘曲时。连接盘上的焊膏
粘附于焊
球而不是保留在再流焊时它本应该在
的连接盘上。由于封装发生了翘曲，封装焊料
球和焊膏之间形成了间隙，同时焊料粘附于焊
料球上并与其发生了融合。由于暴露于再流焊
高温中而没有助焊剂保护，PCB连接盘上的氧
化物堆积导致了被称为焊球悬空的开路焊点。
通常来说，这种连接盘上并没有形成金属间化
合物IMC，其外观就如同连接盘上
从没有印刷
过焊膏一样（见图7-54）。
存在各种因素影响焊球悬空，包括焊膏和助焊
剂类型、电路板连接盘表面处理（OSP）、连接
盘设计（SMD与MD）和内层铜布线（导热/接
地面）。为了减少焊料球悬空的出现，应该改变
焊膏的化学成分，或者增加焊膏量、或者使用
氮气；与HoP的所有解决方案相同。增加BGA
连接盘尺寸也可减少焊球悬空的出现概率，因
为较
大的焊膏面积可提供更大的表面张力并保
持住焊膏，而不是焊料球将焊膏带走。
7.8.7 元器件缺陷 元器件缺陷，诸如爆米花
效应及封装翘曲，通常是在再流焊前对BGA元
器件不恰当的处理导致的。这两个问题在X射线
图像中都会产生各自的特征图像。爆米花效应会
引起BGA封装在芯片之下膨胀，导致封装中央
的焊球尺寸增大（可能发生桥接），因为焊料球
在封装和电路板
之间是被压扁的（见图7-55）。
BGA翘曲比爆米花效应更不易察觉，在X射线图
像中更难探测到（见图7-56）。封装角落的翘曲
程度为最大，因而当发生翘曲时，翘曲的BGA
的X射线图像会在封装角落有大大拉长的焊料连
接。图7-56a表示了X射线图像，图7-56b表示封
图7-53 再流后板⼦上未熔融的焊料颗粒
图7-54 焊球悬空⽰例
IPC-7095C-C 2013年1月
110
装的视频显微图像。值得注意的是图7-56b中基
板上的波纹，这很可能是再流焊时出现应力释
放的特征。
7.8.8 缺陷相关性/⼯艺改善 利用检验信息来
控制制造工艺，使得质量和产量最大化是重要
的。制造工艺给每个元器件都留下了信息（可
接受或不可接受）；这种信息可以通过检验观察
到。该信息可用之前讨论过的方法和工具观察
到。
在许多情况下，BGA的目视检
查是任何问题的
第一线索。作业员可以查看BGA所有四个侧面
的边缘。BGA和电路板的距离应该呈现均匀同
时焊球的形状也应表现一致。
为了直接观察BGA下的焊料连接，X射线或者光
学检测（内窥镜）是必要的。这些方法可用于
检测明显的 缺 陷 ， 如桥接和焊 球缺失。对于
表征BGA再流工艺它们也是有用的。检验时应对
BGA焊球尺寸
和形状的一致性进行检查。缺少
润湿指示时，焊球应该表现为圆形且整个封装具
有相同的尺寸。再流焊前直径为0.75mm PBGA
中焊球会在再流焊后膨胀至标称直径0.90mm，
增大了20%。从封装中心至边缘，焊球面积的变
化通常为10-15%，但是大于这个面积变化则表明
再流焊工艺有问题。
以一个角度对BGA的X射线检测，对于检验与连
接盘接触区域的BGA焊球形状也是有用的。通
过改变X射线检测的角度，连接盘将会偏移从而
避免遮盖焊球其余部分。这允许操作者检验在
连接盘上形成的焊料连接形状，以验证连接盘
与焊球相接触且焊料与连接盘完全润湿。
焊料连接的 X射线图像定量测量可以通过图像
分析软件完成。这类软件非常有用，但对于检验
BGA
是不需要的。软件的优点在于能够识别和
显示操作者难以观察到的焊料连接图像在尺寸
和形状上细微变化。这些细小的变化是组装元
器件的工艺信号，可用于监控并纠正工艺缺陷，
许多信号与已知的工艺缺陷相关联。
7.9 维修⼯艺
7.9.1 返⼯/维修理念 塑封BGA是一种适应性
强的元器件封装。由于其有自我对齐的特性，
球栅阵列可贴装在多达
50%焊球偏离连接盘处，
再流焊时，封装会适当的自我对齐。采用受控的
工艺和合适的设备，返工就可保持在最小化。
市场上有许多返工系统，大部分采用棱镜贴装，
它可观测到焊球图像叠加到板子上的连接盘图
形。大部分系统也有电路板预热并储存有许多再
图7-55 爆⽶花效应的X射线图像
IPC-7095c-7-56a.b
图7-56 显⽰BGA翘曲的X射线图像
X-射线图像a)显⽰了右下⾓球焊畸形；具有明显拉长的特征，
同⼀位置使⽤⽬视显微镜也可观察到。B) 显⽰翘曲，焊球顶
部远离封装。
(a)
(b)
2013年1月 IPC-7095C-C
111