【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第112页
通 常 的 失 效是 组 件 中出 现 了开路。 这样 的开路 可能会发 生 于焊 料 界 面上。 7.3.8.2 染⾊渗透 染色渗透 试 验 法 可在工艺建 立 时和 失 效 分析 中 运用 ， 用 来 探 测 焊点 开 裂 、 润 湿问题 以 及封 装 分层 。 样 品 浸 于 可 穿透 任何 裂 纹 、 分层 区域 或 者 开 口 空 洞 的 低 粘性 的 液 体 染 料中。然 后 将浸 过 的 样 品 剥离 ，并检验 焊点 中 …
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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通常的失效是组件中出现了开路。这样的开路
可能会发生于焊料界面上。
7.3.8.2 染⾊渗透 染色渗透试验法可在工艺建
立时和失效分析中运用，用来探测焊点开裂、
润湿问题以及封装分层。样品浸于可穿透任何
裂纹、分层区域或者开口空洞的低粘性的液体
染料中。然后将浸过的样品剥离，并检验焊点
中或材料界面是否出现染色。如果使用荧光染
料，则样
品在UV灯下检验。染色增强了瑕疵的
能见度, 否则可能难以探测到。连接盘上出现染
色表示与连接盘的润湿差，并以此来估算连接盘
未润湿的部分；然而，非常细的裂纹可能由于
太小导致液体不能完全进入，这是由于液体表
面张力阻止其进入的缘故（见图7-40和7-41）。
IPC-7095c-7-37-cn
图7-37 ⼯程裂缝评价技术
B
A
侧视图
B
A
端视图
BGA
扭矩螺丝刀~ 0.02Nm
~ 0.03 mm 最小间隙
图7-38 穿过焊球空洞的焊球切⽚
图7-39焊球/连接盘界⾯处裂纹开裂的切⽚
图7-40焊球底部没有染料渗透
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7.4 测试和产品验证
7.4.1 电⽓测试 电气测试常用来评估电子组
件的功能。常见的电气测试方法有两种：在线
测试（ICT）和功能测试（FT）。
ICT利用专门的针床夹具来探测已完成的组件。
这种测试方法常用来探测由制造工艺导致的故
障，也能隔离出大部分功能丧失的元器件。由
ICT所发现的故障包括焊
料桥接、焊点开路、元
器件方向错误、错件、元器件失效以及导体短
路。
另一个用法是将低成本的ICT测试设备配置在组
装线末端，将其作为制造缺陷分析仪（MDA）
来使用。在元器件贴装和焊接完毕之后，立即测
试电路板。发现的问题可立即反馈给制造端，
这样在产品组装的同时可采取纠正措施。
ICT可在组装结束时通过完整功能测试来补充
。
取决于产品类型和可接受性要求，产品功能测试
简单的可以如“通过/不通过”测试，或可像全
电路功能检查那样复杂。FT常用来快速检测组
件上的器件故障。对于无铅焊膏的较高温度，
测试连接盘或导通孔的氧化可能会增加。通常
用锡/铅合金印刷并再流焊膏可为ICT探针提供
焊后测试点。无铅焊膏的润湿并不好，可能会给
ICT带来问题。建议在工艺研发阶段进行快速试
验以了
解无铅焊膏对此工艺的影响。
7.4.2 测试覆盖 考虑到当前电子组件的复杂
度，测试的“覆盖”水平已成为业界的一大问
题。电路板或组件越复杂，完整的测试越困难。
的确，在合理的费效、时段内，即使只对组件
的合理部分进行测试可能也是困难的。
然而，将组件的测试整合到硅器件测试中也许
有帮助，这种策略并不适用于裸板。这样，测
试的挑战在于
在合理的时间范围内提供一个高
置信水平的测试覆盖。
一个有效的过程监控系统由重叠的工具，创建
一个大的覆盖范围。需要多种工具和方法，因
为单一工具或方法不能提供需要的测试覆盖。
光学检验，X-ray，SAM，ICT和FT是覆盖重叠的
例子。这些验证方法应用于监控产品和工艺，
它们不应该只用于区分产品的好与坏。
7.4.3 ⽼化测试 老化
是完整组件在应用上限
下的工作和环境测试。这种测试通常能发现比
焊点缺陷更多的与元器件相关的问题。老化测
试仍旧被应用于对元器件评估。得益于某些形
式的加速试验暴露筛选出元器件的边际失效，
对电子组件的老化测试正在减少。
7.4.4 产品筛选测试 环境应力筛选（ESS）被
用来在持续生产筛选低劣产品质量以及潜在缺
陷。ESS的目的在于
将潜在缺陷加速转化为实际
失效，以消除这些潜在缺陷造成现场失效。ESS
程序必须十分小心，不能过于严酷而损害好的
产品并产生新的潜在缺陷。BGA焊接疲劳寿命
应当由这些ESS测试的热循环、其它测试以及运
行寿命热环境来评估。
7.5 空洞识别 BGA组件连接工艺所允许的空
洞程度及其对可靠性的影响是电子业界成员感
兴趣
的。最终产品可接受的详细要求应当符合J-
STD-001；工艺要求应当遵照IPC-A-610的要求。
本节制定了有用的工艺开发和维持标准以将空
洞的发生率降至最低。目前业界数据表明焊点
中的空洞不是个可靠性问题。实际上，组件再流
后出现空洞标志着再流焊工艺已经发生且BGA
焊球性质已发生了改变。但是，工艺工程师的
目标应该要使空洞最小化，因为空洞出现频率
过高可能意味着生产
参数需要调整。已有报导
空洞的两个原因是裹挟的助焊剂没有足够时间
从焊膏中释放，以及电路板清洗不适当留有的
污染物。空洞呈现为焊料球中较亮的区域并通
常会随机地出现在整个封装中。一些X射线系统
图7-41 ⾓落内的焊球有80-100%的染料渗透，表⽰焊
点有裂纹
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