【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第13页
图 8-25 BGA 锡银 铜焊 球 切 片 的 显微 照 片 ， 用 锡 /铅焊膏采用 向 后 兼容 再流曲线 组装在 板 子上。 锡银 铜焊 球 已经融 化。 ... 132 图 A-1 典 型 空 洞 评估 流 程图 ................................... 151 图 A-2 BGA 中的空 洞 ， 裂 纹起始 于 角落 引线 ...... 155 图 A-3 空 洞 直 径 与连接 盘 大 小相 …
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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图8-25 BGA锡银铜焊球切片的显微照片，
用锡/铅焊膏采用向后兼容再流曲线
组装在板子上。锡银铜焊球已经融化。 ... 132
图A-1 典型空洞评估流程图 ................................... 151
图A-2 BGA中的空洞，裂纹起始于角落引线 ...... 155
图A-3 空洞直径与连接盘大小相关联 ................... 155
表格
表3-1 多芯片模块定义 ............................................... 6
表3-2 双层电路出线数与阵列尺寸的关系 ............... 6
表3-3 可能的电镀或元器件端子材料性质 ............. 10
表3-4 半导体成本预测示例 ..................................... 12
表4-1 JEDEC标准JEP95-1/5 容许的焊球
直径变化（FBGA） ...................................... 19
表4-2 PBGA器件的焊球直径大小 .......................... 20
表4-3 DSPBGA未来焊球直径大小 ......................... 20
表4-4 连接盘尺寸近似值 ......................................... 21
表4-5 当前与未来BGA封装连接盘－焊球间
尺寸计算（mm） ........................................... 21
表4-6
JEDEC已登记的BGA外形
示例 .................... 22
表4-7
无铅合金变化 ................................................. 23
表4-8 IPC-4101C FR4 属性总结 – 规范表，
预计更耐受无铅组装 ..................................... 32
表4-9
BGA封装基材常用介电材料的典型性质 .... 33
表4-10
潮湿敏感等级和车间寿命 ............................. 36
表5-1
普通介质材料的环境性能 ............................. 38
表5-2
各种表面处理板子的关键属性 ..................... 41
表5-3 导通孔填塞/侵入对表面处理工艺影
响评估 ............................................................. 47
表5-4
导通孔填塞选项 ............................................. 49
表6-1 节距为1.27mm的BGA连接盘之间的
导
体数量 ............................................................. 51
表6-2 节距为1.0mm的BGA连接盘之间的导
体数量 ............................................................. 51
表6-3 最大连接盘与节距的关系 ............................. 52
表6-4 全阵列出线策略 ............................................. 56
表6-5 导体布线 – 1.27mm节距 ............................... 57
表6-6 导体布线 – 1.0mm节距 .................................. 57
表6-7 导体布线 – 0.8mm节距 .................................. 57
表6-8 导体布线 – 1.27mm节距 ............................... 57
表6-9 导体布线 – 1.0mm节距 .................................. 57
表6-10 导体布线 – 0.8mm节距 .................................. 57
表6-11 材料类型对传导的影响 ................................. 70
表6-12 特定材料辐射系数额定值 ............................. 70
表7-1 颗粒大小对比 ................................................. 75
表7-2 陶瓷
阵列封装焊膏量要求示例 ..................... 76
表7-3 锡铅和锡银铜合金温度曲线比较 ................. 79
表7-4 检测方法应用推荐 ......................................... 90
表7-5 检测的视野 ..................................................... 95
表7-6 空洞分类 ....................................................... 101
表7-7 各种直径焊球与空洞大小图像对比 ........... 103
表7-8 C=0抽样方案（特定指数值的样本量*) .... 104
表7-9 锡铅组件的维修工艺温度曲线 ................... 114
表7-10 无铅组件的维修工艺温度曲线 ................... 114
表8-1 用无铅再流焊接的锡/铅元件的兼容性 ..... 119
表8-2
锡/铅焊球的典型托高高度（mm） ........... 126
表8-3 常用焊料及其熔点、优点和缺点 ............... 128
表8-4 各联合体选择的锡-银-铜
家族无铅焊料合金成分比较 ....................... 128
表8-5 可能的无铅组件类型 ................................... 130
表8-6 最终使用环境下的加速测试 ....................... 134
表A-1 1.5，1.27或1.0mm节距所用连接盘的
纠正措施指标 ............................................... 152
表A-2 0.8，0.65或0.5mm节距所用连接盘的
纠正措施指标 ............................................... 153
表A-3 0.5，0.4或
0.3mm节距所用连接盘上
有微导通孔的纠正措施指标 ....................... 154
2013年1月 IPC-7095C-C
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