【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第11页
图 5-5 裂 纹 位 置 a) 与 黑 焊盘相 关的 失 效 和 b ) 使用 EIG 表面 处理 的 断 裂界 面 ............... 42 图 5-6 黑 焊盘 表面 典 型 的 龟 裂外观 ......................... 43 图 5-7 具 有 腐蚀针刺 的大 区域严重黑 焊盘 ， 针刺 穿 过 浸 金 表面 底 下的富 磷 层 伸 进 富 镍 层 ......................…
9.2.6 通过X射线和切片确定空洞 .......................... 138
9.2.7 空洞和非均匀焊球 ......................................... 138
9.2.8 蛋壳空洞 ......................................................... 139
9.3 BGA中介基板的弓曲和扭曲 ......................... 139
9.3.1 BGA中介基板翘曲 ......................................... 139
9.3.2 由于中介基板翘曲导致的焊点开路 ............. 140
9.4 焊点条件 ......................................................... 140
9.4.1 目标焊接条件 ................................................. 140
9.4.2 过度氧化的焊球 ............................................. 140
9.4.3 退润湿迹象 ..................................................... 141
9.4.4 斑点状况 ......................................................... 141
9.4.5 锡/铅焊球评估 ............................................... 141
9.4.6 SAC合金 .......................................................... 141
9.4.7 冷焊点 ............................................................. 142
9.4.8 由连接盘
污染引起的不完整连接 ................. 142
9.4.9 变形焊球造成的污染 ..................................... 142
9.4.10 变形焊球 ......................................................... 142
9.4.11 对合适连接点形成而言焊料和
助焊剂不足 ..................................................... 143
9.4.12 端子接触面积减少 ......................................... 143
9.4.13 焊料桥接 ......................................................... 143
9.4.14 不完全焊料再流 ............................................. 143
9.4.15 空焊 ................................................................. 144
9.4.16 不润湿焊点开路 ............................................. 144
9.4.17 枕头效应焊点（HoP） .................................. 144
10 词汇表及⾸字母缩写词 ..................................... 145
11 参考书⽬与参考⽂献 ......................................... 149
附录A 减少空洞发⽣的⼯艺控制特性描述 .......... 151
图形
图3-1 BGA封装制造工艺 .......................................... 3
图3-2 面阵I/O位置对比 ............................................. 5
图3-3 面阵I/O位置图形 ............................................. 5
图3-4 MCM类型2S-L-WB ......................................... 6
图3-5
导体宽度与节距的关系 ................................... 7
图3-6
塑封球栅阵列，芯片金属线键合 ................... 8
图3-7
球栅阵列，倒装芯片键合 ............................... 8
图3-8
BGA翘曲 ......................................................... 11
图3-9
焊盘坑裂案例 ................................................. 13
图3-10
BGA焊点各种可能的失效模式 .................... 13
图4-1
面阵列封装的端子类型 ................................. 16
图4-2
BOC BGA 结构 .............................................. 18
图4-3 BOC类BGA模封后的顶部 ............................ 18
图4-4 BGA
基板上的倒装芯片
（带凸点的芯片） ......................................... 18
图4-5 关于叠装封装器件的JEDEC标准结构
来源：JEDEC出版物 95-4.22 ........................ 22
图4-6 聚合物包覆球互联 ......................................... 23
图4-7 塑料球栅阵列（BGA）封装 ........................ 24
图4-8 热增强型陶瓷球栅阵列（CBGA）
封装横截面 ..................................................... 24
图4-9 聚合物模压包封的陶瓷球栅阵列
（CBGA） ...................................................... 24
图4-10 陶瓷基的柱栅阵列(CCGA)封装 .................. 25
图4-11 聚酰亚胺薄膜基引线键合μBGA封
装基板，提供芯片焊盘
与焊球触点
之间的强耦合 ................................................. 25
图4-12 单金属层载带基板与双金属层载
带基板的封装内部电路布线能力对比 ......... 26
图4-13 单封装芯片叠装 BGA ................................... 26
图4-14 定制八芯片（倒装芯片和金线键合）
SiP组件 ........................................................... 26
图4-15 折叠的多芯片BGA封装 ................................ 27
图4-16 八层焊球堆叠封装 ......................................... 27
图4-17 SO-DIMM存储卡组件 ................................... 27
图4-18 折叠以及堆叠的多芯片BGA封装 ................ 27
图4-19 封装堆叠组件 ................................................. 28
图4-20
用μPILR基板封装的半导体
组件 .................. 28
图4-21 带有μPILR基板基板中介层与线路板之
间的焊料界面 ................................................. 28
图4-22
BGA连接器 .................................................... 29
图4-23
PGA插座引脚 ................................................. 29
图4-24
带有和不带有贴装盖的PGA插座 ................. 30
图4-25
LGA接触引脚 ................................................. 30
图4-26
带有和不带有贴装盖的LGA插座 ................. 30
图4-27
BGA器件焊球缺失示例 ................................ 34
图4-28
来料检验时在共晶焊球中的空洞示例 ......... 34
图4-29
焊球/连接盘表面焊接状况示例 ................... 35
图4-30
建立BGA
共面度要求 .................................... 35
图4-31
焊球触点位置公差 ......................................... 35
图5-1
不同积层结构示例 ......................................... 37
图5-2
T
g
以上温度膨胀率 ......................................... 39
图5-3 表面热风整平（HASL）表面拓扑
结构比较 ......................................................... 41
图5-4 与黑焊盘相关的断裂，镍与镍-锌金
属间化合物层之间的裂纹 ............................. 42
IPC-7095C-C 2013年1月
viii
图5-5 裂纹位置a)与黑焊盘相关的失效和
b)使用EIG表面处理的断裂界面 ............... 42
图5-6 黑焊盘表面典型的龟裂外观 ......................... 43
图5-7 具有腐蚀针刺的大区域严重黑焊盘，
针刺穿过浸金表面底下的富磷层伸
进富镍层 ......................................................... 43
图5-8 金脆 ................................................................. 44
图5-9 化学镍/化学钯/浸金的图形描述 ................. 44
图5-10 直接浸金的图形描述 ..................................... 44
图5-11 微空洞示例 ..................................................... 45
图5-12
通孔堵塞方法 ................................................. 48
图5-13 金属芯板结构示例 ......................................... 49
图6-1 BGA对准标记 ................................................ 50
图6-2 BGA器件的焊料连接盘 ................................ 52
图6-3 金属限定连接盘连接轮廓图 ......................... 52
图6-4 阻焊膜应力集中 ............................................. 52
图6-5 焊点形状对比 ................................................. 52
图6-6 好／差的阻焊膜设计 ..................................... 53
图6-7 金属限定连接盘示例 ..................................... 54
图6-8 象限狗骨BGA图形 ........................................ 54
图6-9 方形阵列 ......................................................... 55
图6-10 矩形阵列 ......................................................... 55
图6-11 焊球空缺阵列 ................................................. 55
图6-12 焊球
缺失方形阵列 ......................................... 55
图6-13 散布阵列 ......................................................... 56
图6-14 导体布线策略 ................................................. 57
图6-15 为导体布线的BGA狗骨连接盘图
形优先方向 ..................................................... 58
图6-16 螺钉和支撑的优先布局 ................................. 58
图6-17 连接器螺钉支撑布局 ..................................... 58
图6-18 具有焊盘内导通孔结构的0.75mm焊球
切片图（焊球左上角缩进是人为的） ......... 58
图6-19 焊盘内导通孔设计，显示导通孔遮蔽
与焊球的切片图示 ......................................... 59
图6-20
焊盘内导通孔设计工艺说明 ......................... 59
图6-21
微导通孔示
例 ................................................. 60
图6-22
焊盘内微导通孔的空洞 ................................. 60
图6-23
接地或电源的BGA连接 ................................ 60
图6-24
正面再流焊焊点示例 ..................................... 61
图6-25
器件混装板正面波峰焊温度曲线示例 ......... 61
图6-26
波峰焊接时BGA焊点热通道 ........................ 62
图6-27
避免BGA正面焊点再流的方法 .................... 62
图6-28
镊子类工具接触焊球侧面后图示 ................. 63
图6-29
弹簧探针与焊球底部电气接触后的压痕 ..... 64
图6-30
面阵列连接盘图形测试 ................................. 65
图6-31
板拼联
............................................................. 68
图6-32
梳状图形示例 ................................................. 69
图6-33
使用粘合剂将散热片与BGA连接 ................ 71
图6-34 用勾住BGA器件基板的卡钩，
将散热片与BGA连接 .................................... 71
图6-35 用勾住印制板通孔的卡钩，将散热
片与BGA连接 ................................................ 71
图6-36 用勾住焊接在印制板上柱子的卡钩，
将散热片与BGA连接 .................................... 72
图6-37 将散热片引脚通过波峰焊焊接在印制
板通孔中，从而将散热片与BGA连接 ........ 72
图7-1
完全焊膏释放的宽厚比和面积比
................. 76
图7-2
高铅和共晶焊球及其焊点对比 ..................... 76
图7-3 BGA或其附近各位置的峰值再流
温度示例 ......................................................... 78
图7-4
锡/铅组件再流焊曲线原理图 ....................... 79
图7-5
多个热电偶锡/铅再流焊温度曲线示例 ....... 80
图7-6
无铅组件再流焊曲线原理图 ......................... 80
图7-7 有多个热电偶的保温（正面）与升
温至峰值（反面）无铅再流焊曲线。
有保温区的炉温曲线有助于减少BGA
中的空洞 ......................................................... 80
图7-8 板上
具有大型和小型元器件，
热电偶位置 ..................................................... 80
图7-9
热电偶在BGA上的推荐位置 ........................ 81
图7-10
板上BGA连接盘外围去除阻焊膜的影响 .... 85
图7-11
BGA和其它封装底部填充粘合剂使用 ........ 86
图7-12
两平行表面间底部填充剂的流动 ................. 87
图7-13 底部填充空洞示例 – 小、中和大空
洞分别在焊球的左上、左下和左侧 ............. 87
图7-14 局部底部填充 – 将封装拆除后能看到
在各角落的黑色填充
..................................... 88
图7-15
角落施加粘合剂 ............................................. 88
图7-16
再流前角落点胶应用的关键尺寸 ................. 88
图7-17 如果点胶区域胶太少，冲击后典型的
角落点胶失效模式 – 阻焊层剥离板子
和未保护到焊点 ............................................. 89
图7-18
X-射线技术的基本原理 ................................ 90
图7-19
焊球缺失的X-射线示例 ................................ 90
图7-20
焊球触点空洞的X-射线图例 ........................ 90
图7-21
手动X-射线系统的图像质量 ........................ 91
图7-22
枕形失真和电压过曝的X-
射线例子 ............ 91
2013年1月 IPC-7095C-C
ix
图7-23 透射成像（2D） ............................................ 91
图7-24 断层合成成像（3D） .................................... 92
图7-25 分层成像切面图像 (3D) .............................. 92
图7-26 透射成像图例 ................................................. 92
图7-27 倾斜观察 – 板子倾斜 ................................... 93
图7-28 倾斜观察 – 探测器倾斜 ............................... 93
图7-29 自顶向下FBGA焊点视图 .............................. 93
图7-30 FBGA焊点倾斜视图 ...................................... 93
图7-31 断层合成成像 ................................................. 94
图7-32 扫描束X-射线分层成像 ................................ 94
图7-33 声学扫描显微镜 ............................................. 95
图7-34 内
窥镜示例 ..................................................... 96
图7-35 在氮气中再流后并在SMT清洗
过的无铅、1.27mm节距的BGA ................... 96
图7-36 在空气中再流后并在SMT清洗过的无铅
BGA ................................................................ 96
图7-37 工程裂缝评价技术 ......................................... 98
图7-38 穿过焊球空洞的焊球切片 ............................. 98
图7-39 焊球/连接盘界面处裂纹开裂的切片 ........... 98
图7-40 焊球底部没有染料渗透 ................................. 98
图7-41 角落内的焊球有80-100%的染料渗透，
表示焊点有裂纹 ............................................. 99
图7-42 小空洞大量簇拥在焊球与连接盘
间的界面 ....................................................... 100
图7-43 BGA焊点内各种类型空洞的典型大小
和位置 ........................................................... 101
图7-44 在50 kV (a)和60 kV (b)下有空洞焊点
的X射线图像 ................................................ 103
图7-45 建议的空洞协议示例 ................................... 103
图7-46 连接盘与板子界面的空洞面积示例 ........... 106
图7-47 显示为不均匀受热的X射线影像 – 可观
察到下面的焊球比上面的焊球要大 ........... 108
图7-48 45°角的X射线图
像，显示BGA其中一
个角落受热不足。 ....................................... 108
图7-49 枕头效应的例子显示焊球与焊膏没有
熔融的示意图 ............................................... 108
图7-50
枕头效应产生的演变过程 ........................... 109
图7-51 由高度翘曲的封装造成的枕头效应
（HoP） ........................................................ 109
图7-52
液相延时示例 ............................................... 109
图7-53
再流后板子上未熔融的焊料颗粒 ............... 110
图7-54
焊球悬空示例 ............................................... 110
图7-55
爆米花效应的X射线图像 ............................ 111
图7-56
显示BGA翘
曲的X射线图像 ........................ 111
图7-57 BGA/组件热屏蔽示例 ................................. 113
图8-1 共晶锡/铅焊料形成的BGA焊点，
表现出富铅相（深色）和富锡相
（淡色）纹理 ............................................... 118
图8-2 锡银铜（SAC）焊料形成的插座BGA
焊点，显示为6种纹理（上图）和单纹
理焊点（下图） ........................................... 118
图8-3 CBGA模块中共晶锡/铅焊点热疲劳
裂纹扩展 ....................................................... 118
图8-4 CBGA模块中Sn-3.8Ag-0.7Cu焊点的
热疲劳裂纹扩展 ........................................... 118
图8-5 以典型工艺窗口的下限对1
%含焊球合
金球进行组装，形成不完整的焊点 ........... 120
图8-6 由于硅与板子CTE不匹配引起的
焊点失效 ....................................................... 121
图8-7 焊点呈现的颗粒状 ....................................... 121
图8-8 不可焊连接盘（黑焊盘） ........................... 122
图8-9 连接盘污染（阻焊膜残留） ....................... 122
图8-10 焊球跌落 ....................................................... 122
图8-11 焊球缺失 ....................................................... 122
图8-12 倒装芯片封装和PCBs动态翘曲示例 .......... 123
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 .............. 123
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 ................................... 124
图8-15 可接受的柱状焊点示例 ............................... 124
图8-16 焊盘坑裂两个示例（位于BGA角落） ...... 125
图8-17 1.0mm节距无铅焊球的焊盘坑裂。
连接到连接盘的金属线路断裂明显；
但是这种焊盘坑裂在亮场景的显微
镜下很难看出来。 ....................................... 125
图8-18 切片图示再流焊过程中未充分熔融
的焊点。这些焊点位于插座凸
轮的下面 ....................................................... 126
图8-19 阻焊膜的影响 ............................................... 127
图8-20
由
于非常大的空洞，可靠性试验失效 ....... 127
图8-21 无铅(SnAgCu)和锡/铅(SnPb)BGA
再流焊接温度曲线对比 ............................... 130
图8-22
SnAgCu BGA焊球的内窥镜照片 ................ 130
图8-23 锡/铅、向后兼容和完全无铅板子组
件再流焊曲线比较。 ................................... 131
图8-24 BGA锡银铜焊球切片的显微照片，
用锡/铅焊膏采用标准锡/铅再流曲线
组装在板子上。锡银铜焊球没有融化；
黑/灰互连手指状是富铅纹理边界，
杆状颗粒是Ag3Sn IMC层；灰色颗
粒是Cu6Sn5 IMC层。 ................................. 131
IPC-7095C-C 2013年1月
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