【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第77页
6.4.4 ⽆铅 电路板的正⾯ 再流 大部 分 可 供 使 用 的 无铅焊 料（包 括 常 见 的 锡银 铜焊 料）的 熔 点比共 晶锡 铅焊 料 高 。 因 此， 当 对 已经 再流 、 正 面贴有 无铅元器件 的组 件 进 行波峰焊 接时， 正 面发 生 再流 的 风 险 大大 降低 。对 于 锡银 铜 焊 料， 板 子 正 面 焊点 耐 受 的 最 大 再流 温 度 可达 190°C ，而不会对 BGA 焊点产 生 任何 影响 。…
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图6-26 波峰焊接时BGA焊点热通道
A
B
波峰焊接时BGA焊点热通道
C
波峰
印制线
路板
热源
BGA
IPC-7095c-6-27-cn
图6-27 避免BGA正⾯焊点再流的⽅法
在波峰焊中避免BGA正面焊点再流的方法
BGA
波峰
印制
线路板
热隔离
（连接至载具）
非金属隔离
（连接至载具）
导通孔遮蔽
热源
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6.4.4 ⽆铅电路板的正⾯再流 大部分可供使
用的无铅焊料（包括常见的锡银铜焊料）的熔
点比共晶锡铅焊料高。因此，当对已经再流、
正面贴有无铅元器件的组件进行波峰焊接时，
正 面发生 再流的 风 险 大大降低。对于锡银铜
焊料，板子正面焊点耐受的最大再流温度可达
190°C，而不会对BGA焊点产生任何影响。
6.5 可测试性和测试点的访问 触点的设计差
异对于接触质量和可靠性、可接触
性和之后的
可焊性有着不同的影响，这种影响对于小触点
来说是微不足道的。
6.5.1 元器件测试 随着BGA节距和焊球尺寸
的减小，为充分测试BGA封装，插座制造商的
设计面临越来越多的挑战。插座制造商正着力
于多种尖端设计，以满足亚毫米级节距的BGA
需求。
挑战之一是能够与BGA所有焊球相接触。当与
印制电路板连接时，焊球会融
化并自动对准与印
制电路板上对应的连接盘相连接。因此当BGA
与印制电路板连接时，可容忍较大的焊球位置
偏移。但是在测试和老化时，这些变化必须加
严，因为插座触点对焊球没有自对准能力。
插座探针的设计需要考虑焊球高度的变化。焊
球高度的差异越大，插座探针需要的触及范围
越大。同时测试时，焊球也会变得更易受伤害。
BGA老
化试验会在高温下进行。老化时间/温度
的共同作用会使焊球软化，其软化程度取决于
焊球材料。当测试探针施加压力时，软化的焊
球会出现严重的变形并可能会影响老化过程中
接触质量。插座制造商需要确保探针不会粘附
于软化的焊球同时不会使焊球脱离。
设计插座测试探针也很关键，探针不能以某种
方式凿损焊球或达到这样的程度，即BGA连接到
PCB
期间或之后发生的变形会造成质量或可靠
性问题。一些触点与焊球边缘相接触，还有一
些与焊球头部相接触。对于某些设计，每个探
针都是带弹簧的；另外，所有触点探针在同一
刚性平面内。
6.5.2 测试和⽼化过程中对焊球的损伤 在其
最初状态，BGA上的共晶焊球有光泽且相当圆
整的。焊球的连接、处理和
随后对BGA操作步
骤可能会导致变形、损伤、刺痕和凹痕。
在测试 和 老 化 过 程中的焊球 变形是可预期现
象，只要不影响产品可 用性的 异 常是可接受
的。市场上存在许多触点设计方案，互相竞争
以得到更好的市场份额。每次接触会在焊球上
留下独特的印痕。在测试和老化过程中，这些
探针接触焊球的不同位置，从而在焊
球上留下
各触点独特设计的印痕特征。
已经知道焊球在某些情况下会脱落。不是通过
视觉系统来试图发现焊球是否缺失或者是否在
测试中损伤焊球的问题，而是要仔细优化焊料
连接，并选择与待测器件有良好配合的测试插
座。
一些触点仅对焊球侧面产生影响而不是焊球底
部，焊球底部在接触过程中未被碰到。图6-28表
示了一个这样的例子。
其它的触点会对焊球底部产生影响。图6-29展示
了在底部被接触的焊球。问题在于，在再流焊
过程中，助焊剂可能会被由触点留下的下凹坑
所截留，并在再流加热情况下爆炸，使焊料飞
溅于四周，导致短路等问题。
一些触点设计可防止助焊剂截留。触点探针与
焊球底部接触产生一个可作为助焊剂排出通道
的图形
，这样在再流焊过程中助焊剂不会被截
留。
其它的触点压痕允许助焊剂截留。如果压痕在
焊球底部形成小孔，那么发生助焊剂截留的可
能就很大。处于凹坑浅层中的助焊剂截留可能
不会导致什么问题。只有当凹坑比预期设计大
而容纳足够多的助焊剂才会发生损害问题。
图6-28 镊⼦类⼯具接触焊球侧⾯后图⽰
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一些触点为接触探针各自设计有施力机构，而
其它触点设计有相同的施力机构同时作用到所
有探针上。所有不同种类的接触机构都会在焊
球上留下一些印痕。触点的尺寸应与待测焊球
尺寸相匹配以减少焊球变形。因此，触点尺寸
需要随着焊球尺寸和阵列节距的减小而减小。
过大尺寸的触点会使焊球短路或使焊球遭受非
预期的变形量级。
应保证探针
的施力机构需要与焊球硬度匹配，
而硬度取决于焊料成分。施力过大会导致不必
要的形变。施力机构需要提供足够的力以与阵
列中最小焊球的接触。在遭受或暴露于高温并
持续较长时间的情况下，焊球会发生软化。施
力机构设计时需要将这一变化考虑进去，使得
它们能在温度变化的环境下使用。即使在常温
下，对元器件的持续测试
也会使接触位置的温
度增加。
实际上，要求焊球在经历严苛的测试和老化后仍
是可焊的，其焊点需要具有可接受的接触强度、
接触面积和焊柱形状。为了评估测试和老化操作
后的影响，需要观察的项目包括可焊性、共面
度和焊球的总体外观形状。焊球在测试和老化
过程中不应损失过多焊料，以免缺少足够的焊料
形
成最佳连接。焊球应适合再流焊工艺以形成
可接受的触点连接。焊球腐蚀和在老化和测试
中带来的异物不应对焊球的质量和长期可靠性
产生不利影响。在测试和老化循环之后，尤其
是对于非融化焊球，满足预期的共面度是BGA
良好连接到基板的基本要求。
不同的技术其与焊球的接触部位不同。事实上
绝大部分触点设计为底部接触，通过与
焊球底部
接触以形成连接。考虑到有这些选择，无法申明
焊球的某些部分在操作过程中是不可触碰的。
如果对于成品的可焊性、共面度、焊料量、质
量和可靠性没有影响，保持焊球的某些区域不
被触碰既不实际也没必要。
6.5.3 裸板测试 当考虑测试、检验和测量日
益复杂的基板互连，尤其是当涉及到基板的电
气评估时，会带出许多问题。为了能够降低
制
造商成本，同时保证基板互连的电气功能，客
户需事先提供定义好的测试数据（优选是100%
的网表测试）。这些数据的兼容性目前也是个问
题，希望业界在可预见的将来通过标准化工作
帮助解决此问题。达成这个目标一个关键问题
已证明可能是基础网格节距的接受标准，这使
得测试设备和插座制造商可查验并专注于通用
解决方案的创新。
如使用夹具和针床
进行开路和短路测试，随着
探针外形尺寸的减小和密度的增大会很快不能
满足测试要求。两倍密度或节距为1.77mm的测
试针床似乎足够满足 400μm或以上的节距的要
求。当基板密度增长至节距小于400μm时，需要
考虑采用替代技术。四倍密度夹具是一个可行的
选择(每平方厘米62根探针)，但是关于由探针
接触而导致的可能外形损伤的担忧也在增加。
另外，考虑到双倍
或四倍密度夹具以及测试设
备的成本，基于目前对于电气测试的理解和测
试理念的线性投影，使得在期望成本内调整测
试总覆盖率发生了困难。
对于各种网格分区内有200至1000 I/O密度，显
然两倍或四倍密度适合于这种平均I/O要求的裸
板导通测试。但是如果元器件是以“边缘到边
缘”的方式叠加起来，那么使用这种方
法的测试
是不可能的。这是因为节距为1.0mm的BGA每
平方厘米包含96个连接盘，同时四倍密度测试
夹具能容纳的密度仅为每平方厘米62个探针。
将元器件散布在贴装结构上可减少一些复杂
度，但也会消耗更多空间并降低性能。还需要
指出的是，若使用目前现有的测试理念，为了
实现完全覆盖测试需采用多重测试或双夹具测
试，元器件I/O
最大化会使裸板的测试成本大幅
度提高。图6-30展示了元件连接盘要求与夹具性
能之间的对比关系。
图6-29 弹簧探针与焊球底部电⽓接触后的压痕
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