【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第110页
件底 下。 这样 做 ，会 导 致 焊点 开 裂 。 BGA 周 围 确 定 需 要 足 够 空间 供塞 规插 入 。 BGA 的间 隙高 度 可 以 给 出 焊 球 是 否 有 完 全 地 和 均匀 地再流 的 某 些 提示。通 常 的， 焊 球为 0.75mm 的 PBGA 的 间 隙高度 在 再流焊 之前 大 约 为 0.60mm ，在 再流 焊 之 后 则 会 跌至 0.45mm (包 括 焊膏 )。 根 据焊 球 尺寸 ，所 …
BGA 的误差为 2/68和 2/44）或者分别为 3%和
4.5%。对关键空洞百分比计算，这些数值应该用
于计算焊球面积，那么该面积误差分别为9%和
20%。作为对比，对具有1600x1200像素探测器的
X射线系统的数值，其像素将是171和109，对应
的线性误差分别是1.2%和1.8%及面积误差分别是
1.5%和3.25%
。对于3级产品，建议面积最大空洞
率是4%。对于上面最差的情况（但是随着器件
尺寸持续缩小，那么较低规格的X射线系统会日
渐变差），整体系统测量的最小行动水平必须要
接近于3%，此值是X射线测量要考虑的任何其他
误差之前的值（来自灰阶灵敏度变化、几何放
大效应等等），并且需进一步降低行动水平。
7.3.5 声 学 扫 描
显微 镜 声学扫描显微镜
（SAM），也被称为声学扫描断层成像（SAT），
是一种非破坏性失效分析工具。它使用声波来
扫描组件内层。通常用于半导体封装领域，探测
电子组件内部的分层或空洞。它可以定位BGA
封装中的分层或空洞，也可以定位BGA与基板
相连之后底部填充的类似异常。
分层或空洞探测的分辨率取决于用于分析的声
音频率。随着频率增加
，分辨率也增加。230MHz
传感器能使探测分辨率低至25μm的间隙。单 点
扫描被称为a-SAM，线扫描被称为b-SAM,面扫
描被称为c-SAM。图 7-33所示中c-SAM图像展示
了倒装芯片组件底部填充中空洞位置。在 SAM
分析时被探测的样品需要被放置在水中。如水能
渗入开放的空洞或分层则无法用此方式探测。
7.3.6 BGA间隙⾼度测量 塞规提供了
非破坏
性方法来确定BGA再流焊后大致的最终间隙高
度。塞规用来量测再流焊后的每个角落，其综
合结果可确定测得的平均间隙高度。这种方法
不如切片那样精确，但成本要便宜得多且是非
破坏性的，只要操作员不要试图将塞规硬塞入器
表7-5 检测的视野
焊球标称直径(mm) 节距(mm) 推荐的放⼤倍数 视野
0.75 1.50, 1.27
30X – 50X
15/0.75 = 20 球
0.60 1.00 15/0.60 = 25 球
0.50 1.00, 0.80 15/0.50 = 30 球
0.45 1.00, 0.80, 0.75 15/0.45 = 34 球
0.40 0.80, 0.75, 0.65 15/0.40 = 38 球
0.30 0.80, 0.75, 0.65, 0.50 15/0.30 = 50 球
IPC-7095c-7-33-cn
图7-33 声学扫描显微镜
反射脉冲
流体
T
输入脉冲
样品
- 应用区域
T -传感器
- 超声波
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件底下。这样做，会导致焊点开裂。BGA周围
确定需要足够空间供塞规插入。BGA的间隙高
度可以给出焊球是否有完全地和均匀地再流的
某些提示。通常的，焊球为0.75mm的PBGA的
间隙高度在再流焊之前大约为0.60mm，在再流
焊之后则会跌至0.45mm(包括焊膏)。根据焊球
尺寸，所用合金以及BGA 是否含金属散热片，
其它BGA封装有各自的间隙高度特点
。由于每
种封装都有自己的间隙特点，用户应该开发元
件组装的再流焊曲线以使用适合的塞规。
7.3.7 光学检测 内窥镜检查是一种光学检验方
法，可对狭小限制区域内的细小物件进行外观检
验。这项技术适用并应用于BGA焊点检测。可
检验和分析BGA焊点的各种关键因素，例如：
• 焊点总体质量-理想润湿的证据
• 焊点形状-理想再流
的证据
• 焊点表面纹理-光滑与不规则
• 焊点总体外观-助焊剂残留等
• 焊点缺陷-焊料短路、开路和冷焊
• 焊球缺失
这项技术最适用于BGA外排焊点的检测，如图
7-34所示。这项技术的局限性是无法以同等级的
质量和清晰度检测内排焊球。有时也用它检测
内排焊球，但是无法如外排焊点一样看得清细
节。通常不可能看到第二排或第三排的焊球上
的
焊膏，这好比无法从外部看见森林中央的树
一样。
这项技术的另一显著特征是镜头设计。高度先
进的镜头可以聚焦并且通过镜子或棱镜将图像
转动90°。高分辨率CCD相机或监视器可用于捕
捉和显示图像。放大倍数取决于工作距离，范
围可从50倍变化至200倍（见图7-35和7-36）。
照明是很重
要的因素。如果光源没有恰当地照
亮被检测的焊点，图像质量就差。前置灯光可
帮助检测焊点的正面，而背光源则可用来探测
焊料短路和其它堵塞情况。背光也可用于显示
焊点的外形轮廓，这可简便地观测焊点的整体
形状。
给镜头和CCD相机提供足够支撑和保护的稳健
的定位系统是必要的。它应消除由冲击和振动
所带来的
移动，且必须是可调节的，通过在所
需的范围内的移动。
图7-34 内窥镜⽰例
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
图7-36 在空⽓中再流后并在SMT清洗过的⽆铅BGA
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分析软件也 是需要的。除了实时显 示 焊点图
像，带有诸如图像捕捉和测量的特征也是有用
的。一些系统可提供焊点接收和拒收的参考图
像。将这些图像与正被评估的图像进行比对，
可减少检验判断时的主观性。
7.3.7.1 BGA组装协议 SMT焊点的可靠性和
机械强度非常重要，特别在高可靠性产品应用
中。空洞和 其它缺陷 可能会伤 害 热循环可靠
性。但是有温度
循环数据显示，空洞改善了测试
结果。
焊点中的空洞是常见的而且小级别的空洞是不
可避免的。BGA中的空洞很难非破坏地、定量
地描述。X射线测量是唯一可行的方法，但很棘
手。
空 洞质量 协议必须适 用于所有组装情况。返
工，即使是“需要的”，也会使事情变得更糟。
必须制定过程和批接收协议。外包/延伸供应链
会造成额外的挑战。
一
些早期研究记载了空洞不可避免地会出现。
测试包括一些常见SMT焊点的空洞特性，以及将
异常失效与异常原因联系起来的目的（例如：
极大空洞）。
大部分SMT焊点都有空洞（焊点底部，外加内
部/趾部/根部填充）。大多数空洞所占面积百分
比为5%-20%，少部分则为0%或25%左右。典型的
BGA焊点平均约 10%的面积，其中一部分低至
5%，其他的则在15%的范围。BGA内各焊点空洞
所占面积百分比变化范围为0%至35%。
较早失效的焊点其空洞并不比稍晚失效焊点中
多。这是基于几百次对称元件的比较：早失效
焊点的空洞面积百分比并没有比晚失效焊点的
大。强有力的数据表明，空洞在正
常水平的变
化无关乎热循环寿命。
方法（X射线与断裂面可视化）近似等效，但两
者都非常有限、困难或主观。一项分析比较了
早失效BGA的几种形式的空洞量与相等空洞量
的晚失效的BGA。并没有发现两者有相关性。
早失效与晚失效有着相同的空洞量。
注意到所有这些BGA资料都包括有“全部焊球
分布网
”。但没有数据能统计表明BGA的“首个
失效焊点”与其寿命之间的关系。因此空洞百
分比与寿命没有数值上的相关性。取得的数据
不足以建立可能有用的5-10精度趋势线。
当下，没有新的数据对任何/所有元器件类型、
在任何/ 所有条 件下建立数值上的联系（空洞
对寿命）。一些资料建议正常空洞的可变化范围
为：
• 作为过程
控制，采用>35%面积百分比作为阈值
以及>50%空洞直径阈值。
• 对于拒收/返工判定，采用空洞面积比>45%，
空洞直径比>65%作为拒收标准。
7.3.7.2 开裂的周边互连判定 限扭矩螺钉刀可
用来识别开裂的周边互连（焊点）。在器件和基
板之间略微施力可以分离断裂的表面，如图7-37
所示。这项技术可以非破坏性
的方式识别开路
连接，同时也可确定该开路具体是由翘起连接
盘、界面结构还是由主体焊料引起的。这项技
术并不适用于某些基板，典型的如这些厚度较
小而使器件产生较大弯曲的基板（中介基板）。
7.3.8 破坏性分析⽅法 如果非破坏性方法不
能识别异常现象的原因，用破坏性方法来隔离
问题区域也许是必要的。这种技术会导致组件
分析后无法再使用。一旦失效原因已被识别，
所得信息可用于
实施纠正措施以消除问题。
7.3.8.1 切⽚ 切片是一种破坏性的分析方法，
它将元器件、基板和焊点剖开后观察其剖面。
切片的第一步为识别或精确推测需要检查的区
域。如果同一个元器件上有多个可疑区域，则需
要确定这些区域是否能依次观察到。如不行，
则这些区域需要根据发现问题的概率排出优先
顺序，或者要
分析多于一个元器件。
其次，如果问题区域是较大组件的一部分，可能
需要采用切割的方法将其从较大组件分离，使
其变成一个小的更易于处理的部分。在切割过
程中应该小心确保证据没被改变或破坏。
为了适当的切片，样品应该在树脂中模制，以减
轻在切片过程中样品的碎裂或破坏（见图7-38和
7-39）。如果需要对感兴趣的区域进行细抛光，
则 切
片 时 应 该 距 感兴趣的 界 面有一合理的距
离，留有足够的距离给界面细抛光。
在某些情况下，研磨可能需要贯穿整个元器件
以观测不同界面的完整性。借助于切片分析，
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