【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第125页
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 …
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
流焊曲线为不同位置的元器件焊接使用。此章
节将主要聚焦在成功返工PBGA应满足的条件。
BGA返工主要有四个部分：拆除元器件、修整位
置、贴装元器件以及对元器件进行再流焊接。
这些都会在下文中讨论到。
7.9.2 BGA的拆除 拆除BGA时，需要决定该
元器件是植球后重新使用还只是简单废弃。如
果要对BGA重新植球并重新使用，需做出特殊
的考虑，即：元器件供应商建议的最大
再流循
环次数。通常推荐的最大次数为3次，所以对一
已拆除过的BGA进行重新植球并重新安装将会
超过这个数字。因此，重植球过的BGA总会超过
这个极限。许多OEM厂商不允许重新植球BGA
或回用任何元器件。如确需进行，则进行前应
与客户核实。
如果元器件需要重复利用且为模塑成型，则需
要
烘烤。这些封装不是密封的，因此它们如果
暴露在超 出 湿度控制范围的环境下的时间大于
J-STD-020中所允许的时间，就会吸收水分。烘
烤过程可排除潮湿并防止“爆米花效应”，“爆
米花效应”是再流焊期间水在元器件内汽化并导
致灾难性失效。拆除前另一个考量是关注BGA
相邻的元器件。如果使用热风返修，并且要采
用的曲线超过了每秒4°C
，为避免热冲击或二次
再流，BGA周围的元器件可能需要遮蔽。常用
于波峰焊工艺的聚酰亚胺胶带或水溶性膜可用
于遮盖元器件。这些不足可通过适当的设备设
计予以解决。图7-57中可见聚酰亚胺带所做的遮
蔽材料，当用热风进行BGA维修时，可用它来
防止相邻元器件免受损坏。
对于无铅工艺，在制作拆除和重焊BGA的温度
曲线时，建议将板子正面和反面的温度差最小
化。在设定温
度曲线时，应增加印制板反面加
热量，提升反面温度以减少正面风嘴加热量。
这将最小化裸板潜在分层或者传递给相邻元器
件的热暴露。
7.9.3 替换
7.9.3.1 连接盘图形位置修整 BGA一旦从电路
板移除，连接盘图形上的焊料就需要清除。吸
锡器和吸锡带可有效地清除连接盘上的焊料。
使用任何此类工具时应小心，因为连接盘由于
过度受热和受压可能会翘起。在贴装新
BGA之
前，每个连接盘都必须是完全平整和清洁的。
对于无铅合金较高的温度，尽量减少与连接盘和
导通孔（狗骨设计）之间的阻焊坝的接触很关
键。较高的温度会增加损伤阻焊膜的可能性，
这也受裸板的表面处理类型的影响。能够影响
阻焊膜与连接盘间附着力的两个变量是阻焊膜
坝的长度（推荐使用侵入型导通孔）和裸印制
板的表面处理。
7.9.3.2 助焊剂施加 尽管侵入
导通孔连接盘的
阻焊膜覆盖在裸铜上，但遭遇到表面处理化学
品时，其附着力会受到影响。
可采用两种不同的助焊剂施加方法；膏状／液
态助焊剂或焊膏。但是，只使用助焊剂（液态或
膏状）仅适用于共晶BGA重新连接时。另外，
一些应用需要添加焊膏以提高焊点强度。如果使
用膏状助焊剂（也被称为粘性助焊剂），需要确
保焊球是Sn63/Pb37(共晶
)。许多陶瓷BGA使用
的是Pb90/Sn10焊球，其再流焊温度为302°C。
如果焊球不是Sn63/Pb37，那么必须使用焊膏。
如果焊球是Sn63/Pb37，BGA重新封装时通常使
用液态助焊剂或助焊膏，特别是少于208个焊球
的BGA。助焊剂施加于连接盘图形或BGA焊球
上，然后将BGA置放在上面。这种方法的一个缺
点为共面度问题。如果连接盘不够平整，一些
焊球将无法与连接盘
接触。过量施加助焊剂也
会造成焊球之间的桥接。对于大部分塑封BGA
来说，焊球合金将会再流融入焊点。
7.9.3.3 焊膏施加 焊膏施加是首选的方法，但
是这确实会增加返工过程时间和工装成本。可
用小型模板对局部施加焊膏。当为陶瓷封装定
做小型模板时，应采用与初次印刷相同的开孔/
厚度，这可确保返工后陶瓷封装元器件的可靠
性。这些模板可从不同供应商
处采购，并应调
整以适应特定的连接盘图形。当应用到连接盘
图形时，可用夹具或胶带固定模板。
当采用这些方法时，必须考虑焊膏处理和模板
清洁问题。焊膏也可通过带有其它合适模具的
注射器或焊膏喷涂框架施加于BGA上，施加的
焊膏量应严格控制。当为CSP类元器件印刷焊膏
时，可能没有足够的空间将小型模板放置在裸
板上。在这种情况下，作为替换工艺，通常的
工艺是将锡膏丝印至封装（
焊球底部），然后将
此封装放置在板子上。
IPC-7095C-C 2013年1月
112