【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第149页
9 缺陷及失效分析案例研究 下列 条 款 识别 了与 BGA 元器件 组装 相 关的可能 的组装 异 常 情 况 。 描 述包 括 与安装 结构 特 性相 关 的 后制 程 失 效以 及 作为 BGA 端 子的 焊 球 变 异 。 在 许 多 情 况 下， 如果 特 征 归 结 为连接 点失 效 ， 就需 要特 别讨论 连接 物 金相 。 最终 的连接 点结 构 也 进 行 了 分析 。 9.1 阻焊膜 限定 BGA 状况 BGA 连接…
一旦失效发生，需要分析造成失效模式的根本
的失效机理。如果预期目标未达成，有必要采
取纠正措施。要么组装工艺需改进要么产品需
重新设计。无论哪种情况，在纠正措施执行后
都需要重新测试。
认识到需要采用矩阵表来确定具体要求和在各
种条件下为保证性能所需的测试，IPC产品可靠
性委员会开发了下列表格，“产品分类和使用环
境”。表8-6试图通过将七类产品典型应用关联到
热、机械、大气以及他们在典型的生产工艺、
储存以及工作期间必须满足的电气性能要求。
表8-6 最终使⽤环境下的加速测试
最差使⽤环境 加速测试
使⽤类别
Tmin
°C
Tmax
°C
△T
(1)
°C
t
D
hrs 循环／年
典型服
役年限
⼤约可
接受的
失效风
险％
Tmin
°C
Tmax
°C
△T
(2)
°C
t
D
min
1）消费电子 0 ＋60 35 12 365 1－31＋25 ＋100 75 15
2）计算机 ＋15 ＋60 20 2 1460 5 0.1 ＋25 ＋100 75 15
3）通讯 －40 ＋85 35 12 365 7－20 0.01 0 ＋100 100 15
4）商用航空器 －55 ＋95 20 12 365 20 0.001 0 ＋100 100 15
5）工业与汽车
乘客舱
－55 ＋95 20
&40
&60
&80
12
12
12
12
185
100
60
20
10 0.1 0 ＋100 100 15
& COLD
(3)
6）军用地面设施
与船舶
－55 ＋95 40
&60
12
12
100
265
10 0.1 0 ＋100) 100 15
& COLD
(3)
7）太空低地球轨
道地球静止轨
道
－55 ＋95 3到100 1
12
8760
65
5－30 0.001 0 ＋100 100 15
& COLD
(3)
8）军用航空电子
设备
a
b
c
-55 +95 40
60
80
100
2
2
2
1
365
365
365
365
10 0.01 0 ＋100 100 15
& COLD
(3)
9）汽车引擎盖下 －55 ＋125 60
&100
&140
1
1
2
1000
300
40
5 0.1 0 ＋100 100 15
& COLD
(3)
&
LARGE ΔT
(4)
& =另外
1) △ T代表最大温度幅度但不包括功率耗散的影响；对于功率耗散计算△T；功率耗散会使单纯温度循环加速试验明显不准确。需指出的是循环
温度范围，△T不是可能的最小温度Tmin和最大温度Tmax，工作温度极限之间的差，△T是通常比此值要小得多。
2)所有加速试
验循环应有温度爬升，20°C/分钟，并且在温度极限的停留时间应当为15分钟（在测试板上测量），这将会产生~24个测试循环/天。
3) 低温时焊料变化失效/损伤机理；对于运行在非常寒冷环境情况下的组件，另加 “冷”循环,可能从 -40°C 到0°C, 停留时间足够长以达到温度
平衡，对于等于“冷”°C的运行周期，
推荐实际使用的工作循环。
4)对于跨越应力到应变，－20°C到 +20°C过渡区的大循环温度幅度，其焊料的失效/损坏机理是不同的。如组件在这种循环中工作，推荐额外合
适的“大△T”测试，该测试循环的性质和次数与实际使用相似。
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9 缺陷及失效分析案例研究
下列条款识别了与BGA元器件组装相关的可能
的组装异常情况。描述包括与安装结构特性相关
的后制程失效以及作为BGA端子的焊球变异。
在许多情况下，如果特征归结为连接点失效，
就需要特别讨论连接物金相。最终的连接点结
构也进行了分析。
9.1 阻焊膜限定BGA状况 BGA连接盘以两种
方式定义：阻焊膜限定（SMD），连接盘尺寸大
于阻焊膜开口，再流焊后熔融的BGA焊
球接触
阻焊膜。另一种设计BGA连接盘的方法称为蚀
刻或非阻焊膜限定（SMD），其阻焊膜开口大
于铜连接盘，因此再流焊后焊球不会接触阻焊
膜。这种情况见9.1.1和9.1.2所示。
阻焊膜限定连接盘可用在相应的非关键或功能
性针脚上，因为SMD连接盘可帮助最小化焊盘
坑裂缺陷。但是，需要知道的是阻焊膜限定连
接盘会产生额外
的应力起始点，故应避免在中
介基板和印制板连接盘上使用。
9.1.1 阻焊膜限定与⾮限定连接盘
可能原因
中介基板为阻焊膜限定，而板为金属限定。如果两个面积
的差异较大，应力不一致，裂纹可能在阻焊膜限定一侧发
生。板子连接连接盘图形过大。
潜在解决⽅案
两连接区的状况应该类似或相同。另外，阻焊膜限定连接
盘会产生额外的应力起始点，故应避免在中介基板和印制
板连接盘上使用。
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9.1.2 产品板⼦上的阻焊膜限定连接盘
阻焊膜限定连接盘的主要缺点在于由SMD（阻
焊膜限定）焊点产生的应力集中会成为焊点失
效的起源并且降低了可靠性。这种情况如9.1.3
所示。对于相同的焊点高度，相对于SMD连接
盘，使用非阻焊膜限定（SMD）时的疲劳寿
命因子增加预计大约1.25至3倍，对于更严苛的
负载条件下的焊点会有更大的改善。
SMD连接盘有三个主要缺点：
• 更少的基板面使
顶部脱开
• 接盘尺寸精确度损失
•降低的可靠性，因为它是焊点早期失效的起源
9.1.3 阻焊膜限定BGA失效
裂纹起始于焊料并最终传播下去并穿过⾦属间化合物层。
阻焊膜下的镍堆积也明显。
可能原因
裂纹始于阻焊膜尖角的焊料处。这种状况是由于焊球内的
应力而引起裂纹传播。
潜在的解决⽅案
设计产品板子时始终只使用金属限定（SMD）连接盘，
除非需要用阻焊膜限定连接盘来减少焊盘坑裂的发生。
可能原因
阻焊膜在板子连接盘上侵入过多。这种情况会在焊球中产
生应力，在温度变化期间会扩展裂纹。
潜在解决⽅案
设计产品板时始终只使用金属限定（SMD）连接盘，除
非需要用阻焊膜限定连接盘来减少焊盘坑裂的发生。
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