【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第137页
PCB 也 会 显 现 出动 态翘 曲行 为，可 从 相 对 平整 变 为 凸 形或 凹 形 （ 如 图 8-12 所示） 。 FCBGA 封 装和电路 板 翘 曲 会 影响焊点 的成 形 。 在 未优 化 SMT 工艺 的 情 况 下， 由 于 PCB 和 /或 BGA 叠 装 翘 曲 的 增加 ，会 导 致 在 SMT 再流焊过 程中发 生 各 种 焊点缺 陷 。 这些 缺 陷 包 括 枕头效 应 （ HoP ） ， 枕头效 应 开…
8.4.3 失效特征–2：连接盘，不可焊 PCB连接
盘上的污染物会造成PCB连接盘和BGA焊球之
间不可焊接的界面。焊料只会对BGA焊球润湿而
不会对连接盘润湿。这可能会引起电气接触 部
分或完全开路。有这种特征的失效可能是EIG
的PCB有缺陷的镍镀层造成的结果。一 种被称为
“黑焊盘”的失效类型如图8-8所示，另一种失
效类型如图8-9所示。
这种失效也有可能是PCB
供应商返工工艺以及在BGA区域重新施加阻焊
膜造成的。
8.4.4 失效特征–3：焊球脱落 这是一种在焊
料球和BGA器件基板之间形成的焊点开路。这
会导致BGA焊球脱落，从而产生具有圆顶或平
顶的拉长焊球。焊球脱落是一种由于波峰焊接
时（>液相线温度-20°C）封装顶部高温引起的失
效。焊料合金的液相线温
度为焊球体完全液化
时的温度。波峰焊接时，由于高的顶部温度BGA
焊球变软。热机械应力导致焊球从封装基板拉
脱并产生如图8-10所示的焊点开路。焊球脱落也
会由于再流焊期间高的峰值温度和保温时间引
起。
8.4.5 失效特征–4：缺失焊球 焊球连接过程
或由于操作损伤导致缺失焊球，如图8-11所示。
这种缺陷特征通常很清楚，并且
用X射线或ICT
技术很容易检测到。
8.4.6 失效特征-5：PCB和BGA叠装翘曲 随
着最近手持产品，如智能手机及平板电脑，热
潮的到来，封装基板和PCB厚度已变得更薄，
动态翘曲的幅度也随之增加。这种动态翘曲的
增加引起了新的、各种焊点形状。
当PCB和／或BGA叠装在再流焊过程出现翘曲
时，这种特征就会发生，如图8-12所示。对于倒
装芯片BGA封装，
硅芯片的膨胀远比封装基板层
压板要小。当BGA封装在再流焊焊接过程受热和
冷却时，这种膨胀不匹配会产生广义的“双金
属条”效应。这种效应会使封装产生“动态”翘
曲。当受热达到SMT再流焊温度即高于220°C时
FCBGA封装变成凹形，即负性（-）翘曲，但当
退出再流焊炉板子冷却后翘曲较小。类似地，
图8-8 不可焊连接盘（⿊焊盘）
图8-9 连接盘污染（阻焊膜残留）
图8-10 焊球跌落
图8-11 焊球缺失
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PCB也会显现出动态翘曲行为，可从相对平整
变为凸形或凹形（如图8-12所示）。
FCBGA封装和电路板翘曲会影响焊点的成形。
在未优化SMT工艺的情况下，由于PCB和 /或
BGA叠装翘曲的增加，会导致在SMT再流焊过
程中发生各种焊点缺陷。这些缺陷包括枕头效
应（HoP），枕头效应开路（与HoP相似，但是
焊球没有与PCB连接盘上的焊料有任何接触），
非润湿开路（WO，PCB连接盘上没有焊料）和
焊料桥接。图8-13描述了严重翘曲的PCB和BGA
叠装，造成整个封装的焊球阵列的这些焊点缺
陷。9.4节列出了SMT工艺优化解决方案。
基于质量的观点，PCB和／或FCBGA叠装的动
态翘曲也会导致合格焊点的外形变化。图8-14说
明了可接受焊点的例子。由于沿焊点表面所有
点的切线关于任一连接盘表面所成最小角（图
8-
14左上角照片的蓝色）≤90°，大部分BGA焊点
为凸形焊点。
PCB和／或BGA叠装的动态翘曲可将一些焊点
拉伸成圆柱状。图8-15展示了一种可接受的圆柱
状焊点。对于圆柱状焊点，焊点表面与PCB连
接盘任一侧垂直。
IPC-7095c-8-12-cn
图8-12 倒装芯⽚封装和PCBs动态翘曲⽰例
在室温下/在再流焊接之前
PCB
相对平整
PCB
正向（+）凸形翘曲
PCB
负向（-）凹形翘曲
当加热至再流温度时
(或)
FCBGA封装
正向（+）凸形翘曲
FCBGA 封装
负向（-）凹形翘曲
FCBGA 封装
负向（-）凹形翘曲
封
装
基
板
硅
芯
片
IPC-7095c-8-13-cn
图8-13 未优化的SMT⼯艺，再流焊后严重翘 曲的BGA封装和印制板⽰例
芯片
封装基板
板
非润湿开路（NWO） 枕头效应（HoP）
焊料桥接 枕头效应（HoP）开路
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8.4.7 失效特征-6：机械失效 来自于在线测试
中板子弯曲而导致的机械应力在PCB组装中并
不少见。随着BGA尺寸增加，角落焊点所承受的
应力变得更加显著。即使需要的探测是在BGA
的底部和周边。由探针和真空吸附力造成的机
械应力有时被忽略，重要的是要注意由机械应
力引起的过度单调应力会导致焊点失
效。
因为最薄弱界面是发生断裂处，这种失效特征
可能是不同的。裂纹可能在BGA焊球内、在PCB
或封装界面或在PCB连接盘内如铜翘起的焊盘
（焊盘“坑裂”）。图8-16显示的是两种由过度
机械应力造成的翘起的角落连接盘，这种缺陷
也被称为焊盘坑裂。
焊盘坑裂会由于电气开路而造成焊点失效。最
初的裂纹会减弱焊点的机械连接。随着扩张，
裂
纹可能会切断电气线路而造成开路，这种情
况如图8-17所示。这种特征的失效，会随着无铅
再流温度的更高温度、更硬的层压板和连接盘
或线路密度的增加而增加。
BGA焊点抗机械应力的稳健性与下列因素有关:
• BGA的位置
• PCB的厚度
• 叠装
• 连接盘尺寸
• 加固机制
• 焊料体积
• 焊料机械特性
• 焊料蠕变性质
• 焊点界面的质量
作为一种补救
措施，一些设计人员，特别是手
机行业，已采用较大的角落连接盘、拉长的连
接盘以及底部填充以增强其稳健性。从组装的
角度来说，强制实施适当的夹具和操作是避免
焊点损伤的关键。
图8-14 可接受的凸形焊点例⼦，左上⾓图显⽰ 为焊点表⾯切线
图8-15 可接受的柱状焊点⽰例
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