【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第138页
8.4.7 失效特 征 - 6 ： 机械 失效 来 自 于 在 线 测 试 中 板 子 弯 曲 而 导 致 的 机械应 力在 PCB 组装中并 不 少 见 。 随着 BGA 尺寸增加 ， 角落 焊点 所 承 受 的 应 力 变 得 更 加显 著 。 即 使 需 要的 探 测 是 在 BGA 的 底 部和 周 边 。 由探针 和 真 空 吸 附 力 造 成的 机 械应 力有时 被 忽 略 ， 重 要的 是 要 注 意 由 机械应 力 引 …
PCB也会显现出动态翘曲行为，可从相对平整
变为凸形或凹形（如图8-12所示）。
FCBGA封装和电路板翘曲会影响焊点的成形。
在未优化SMT工艺的情况下，由于PCB和 /或
BGA叠装翘曲的增加，会导致在SMT再流焊过
程中发生各种焊点缺陷。这些缺陷包括枕头效
应（HoP），枕头效应开路（与HoP相似，但是
焊球没有与PCB连接盘上的焊料有任何接触），
非润湿开路（WO，PCB连接盘上没有焊料）和
焊料桥接。图8-13描述了严重翘曲的PCB和BGA
叠装，造成整个封装的焊球阵列的这些焊点缺
陷。9.4节列出了SMT工艺优化解决方案。
基于质量的观点，PCB和／或FCBGA叠装的动
态翘曲也会导致合格焊点的外形变化。图8-14说
明了可接受焊点的例子。由于沿焊点表面所有
点的切线关于任一连接盘表面所成最小角（图
8-
14左上角照片的蓝色）≤90°，大部分BGA焊点
为凸形焊点。
PCB和／或BGA叠装的动态翘曲可将一些焊点
拉伸成圆柱状。图8-15展示了一种可接受的圆柱
状焊点。对于圆柱状焊点，焊点表面与PCB连
接盘任一侧垂直。
IPC-7095c-8-12-cn
图8-12 倒装芯⽚封装和PCBs动态翘曲⽰例
在室温下/在再流焊接之前
PCB
相对平整
PCB
正向（+）凸形翘曲
PCB
负向（-）凹形翘曲
当加热至再流温度时
(或)
FCBGA封装
正向（+）凸形翘曲
FCBGA 封装
负向（-）凹形翘曲
FCBGA 封装
负向（-）凹形翘曲
封
装
基
板
硅
芯
片
IPC-7095c-8-13-cn
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
芯片
封装基板
板
非润湿开路（NWO） 枕头效应（HoP）
焊料桥接 枕头效应（HoP）开路
2013年1月 IPC-7095C-C
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8.4.7 失效特征-6：机械失效 来自于在线测试
中板子弯曲而导致的机械应力在PCB组装中并
不少见。随着BGA尺寸增加，角落焊点所承受的
应力变得更加显著。即使需要的探测是在BGA
的底部和周边。由探针和真空吸附力造成的机
械应力有时被忽略，重要的是要注意由机械应
力引起的过度单调应力会导致焊点失
效。
因为最薄弱界面是发生断裂处，这种失效特征
可能是不同的。裂纹可能在BGA焊球内、在PCB
或封装界面或在PCB连接盘内如铜翘起的焊盘
（焊盘“坑裂”）。图8-16显示的是两种由过度
机械应力造成的翘起的角落连接盘，这种缺陷
也被称为焊盘坑裂。
焊盘坑裂会由于电气开路而造成焊点失效。最
初的裂纹会减弱焊点的机械连接。随着扩张，
裂
纹可能会切断电气线路而造成开路，这种情
况如图8-17所示。这种特征的失效，会随着无铅
再流温度的更高温度、更硬的层压板和连接盘
或线路密度的增加而增加。
BGA焊点抗机械应力的稳健性与下列因素有关:
• BGA的位置
• PCB的厚度
• 叠装
• 连接盘尺寸
• 加固机制
• 焊料体积
• 焊料机械特性
• 焊料蠕变性质
• 焊点界面的质量
作为一种补救
措施，一些设计人员，特别是手
机行业，已采用较大的角落连接盘、拉长的连
接盘以及底部填充以增强其稳健性。从组装的
角度来说，强制实施适当的夹具和操作是避免
焊点损伤的关键。
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
图8-15 可接受的柱状焊点⽰例
IPC-7095C-C 2013年1月
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8.4.8 失效特征-7：不充分再流 当BGA焊球
没有充分受热使焊料达到高于液相线温度时，
这种失效特征就会发生。当发生时，未充分的
再流焊点通常见于BGA中心部分的下方，因为
这些区域在焊接过程中的受热最慢，最有倾向
达不到足够的焊接温度。
有时，不充分再流焊点出现是由于元器件特征
的存在，比如插座上的凸轮，在再流焊过程中
把区域的热量带走。下面的图8-18
列举了一个由
于此原因造成不充分熔融焊点的例子。
8.5 影响可靠性的关键因素
8.5.1 封装技术 面阵列元器件有各种各样的类
型和材料。大部分商用阵列器件使用塑料灌封
以及增强刚性的有机基板中介材料进行封装。
对于封装到电路板的互连，采用为金属化连接
盘或合金球。当封装高度有问题时，通常指定
用盘栅阵列（LGA）封装的IC，也可采用小合
金球的球栅阵列（BGA）互连系统。装备于大
部分塑封基BGA上的
触点合金是一种锡/铅（共
晶）或一种锡/银/铜（无铅）合成物。使用陶
瓷基基板的面阵列封装可配置高铅焊球或柱状
焊料，如Pb90/Sn10。面阵列封装变化不断增长
的数量使非增强介电薄膜适应于基板与不同灌
封材料的组合。微型密节距（FBGA）和芯片尺
寸封装（DSP）也已广泛使用（尤其是便携或手
持电子产品），同时许多较高功率应用整合了封
装内置散热器或散热层（见
第4章）。
当焊接至传统印制板时，面阵列封装焊料连接
的长期可靠性成为主要问题。材料的热膨胀系
数（CTE）差异会对焊接界面产生不适当的应
力。面阵列封装连接的完整性会变化，这取决
于焊点所受负载条件以及产品的可靠性要求。
当大硅芯片用不适宜的环氧化合物连接到有机
基板时，CTE不匹配会进一步加剧。硅的CTE大
约为3ppm/°C，而有机基板则接近于
16ppm/°C。
在组装过程中的封装翘曲，甚至封装内的功率
耗散都会使焊点受到显著的拉伸应力。在焊接
界面的过度应力和应变会导致焊点失效，甚至
金属连接盘的分离。
当芯片通过刚性环氧树脂连接至封装基板时，
直接位于芯片下方的基板材料限制其CTE到接
近于芯片的CTE。当焊球位于同一区域且暴露
于宽幅变化的工作温度时，焊接界面会受
到过
度应变。对于“腔体朝上”的元器件（连接的
芯片面向远离于封装基板），仅用一薄介电层将
图8-16 焊盘坑裂两个⽰例（位于BGA⾓落）
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。
BGA焊盘蚀刻
线边缘的断裂
2013年1月 IPC-7095C-C
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