【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第26页
色 部 分 深 浅 代表达到 预 测目标的 困 难 程 度 。表 3- 4 引用于 ITRS 2010 路 线 图，所 展 示的 造 价 十 分 高 昂 。 较 低 成本 范 围 对 应 的 是 外 围 引线封 装， 而 较高 成本 范 围 对 应 的 是 阵列 形式 的 封 装 例 如 BGA / FBGA 。 许 多 资源 专家 认 为， 由 于 预 测成本 低 ， 未 来 几 年 这样 的 BGA 价 格 不 太 可能 获 得 盈…
热非平衡封装设计，特别是在顶部有散热片设
计的封装，根据经典的双金属材料效应将会产
生弯曲。
3.5.4 返⼯ 尽管BGA并不像密节距引线框架
器件那样有很多的返工，但许多组装厂对使用
难以返工的元器件封装心存疑虑。虽然BGA返
工困难，但并不意味着不可能实现。如今有现成
的BGA返工技术和手动／自动设备，进行BGA
植球和连接盘图形修
复。在返工操作时必须考
虑一些因素，这些因素是：
• 热循环次数
• 植球时焊球塌陷
• 不要损伤BGA基板上的焊盘
• 正确进行连接盘修复，不要损伤产品电路板上
连接盘
• 基于所用的合金，再连接时合适的再流焊温度
• 除非使用免清洗助焊剂，否则需清洗以便去除
助焊剂残留
3.5.5 成本 BGA相比于被替代的密节距外围
器件封装还是有些许成本差异的。然而竞争方
面的
压力使得BGA成本持续下降以满足新的目
标。随着BGA所需的印制板层数的增加而产生
更多的成本，但采用BGA会带来互连概念和性
能特性方面的许多优点。
下面是BGA封装成本较高的一些关键原因：
• 基材成本更高（细线宽/密间距）
• 高T
g
值的BT(双马来酰亚胺三嗪)树脂
• 散热增强
• 电性能增强
• 极密外部节距
• 高温再流要求
• 薄外形高度
在过去的几年，这些问题都得到解决并且取得
了相当大的进步。
总体来说，创建BGA引脚数的设计标准是困难
的，因为每个芯片都有不同的要求，每个封装/
芯片组合都是独特的；因此，制造商在外围引
线封装上的规模经济
不一定在面阵列器件上看
得到。
表3-4表述了在将来几年，半导体工业界对于不
同技术下产生的每个引脚的期望成本。表中上
IPC-7095c-3-8
图3-8 BGA翘曲
2013年1月 IPC-7095C-C
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色部分深浅代表达到预测目标的困难程度。表3-
4引用于ITRS 2010 路线图，所展示的造价十分
高昂。较低成本范围对应的是外围引线封装，
而较高成本范围对应的是阵列形式的封装例如
BGA/FBGA。
许多资源专家认为，由于预测成本低，未来几
年这样的BGA价格不太可能获得盈利。
3.5.6 可获得性 节距为0.8-1.27mm的封装在
世界许多地区可大量获得。节距为0.5mm及其以
下的封装目前也可获得并应用于高档便携电子
设备。一些元器件制造商正着手研发自己的BGA
封装版本。这样做的目的一方面是为了增大设
计模仿的难度，另一方面则是为了保持市场份
额。其核心目的是防止第二家供应商进入市场，
以锁定设计人员使用由单一供应商提供的特定
非标元器件。
3.5.7 BGA中的空洞 许多厂商配合使用X射
线、在线电路测试（ICT）、自动光学检测（AOI）
来改善对BGA焊点的工艺控制能力。有些厂商
通过X射线来探测空洞，以确定一个接收/拒收
标准。任何类型的焊点都不可避免地出现某种程
度的空洞，但是对于空洞程度的可接受范围，
业界仍旧有争论。认为空洞可接受的人认为，
空洞本身并
无危害，其出现的位置才是关键。
检验空洞有许多的考量，为帮助建立工艺改进
标准，附录A中有一些表格可用于帮助制定工艺
改善目标。关于空洞的数据已经在许多可控实
验中得到了分析，结论为在热应力或机械应力
下，空洞总量与可靠性性能没有相关性。
随着BGA的节距和焊球尺寸日趋减小，焊球上
的空洞数量越来越值得注意。对
于这种情况，
建议将空洞的可接受标准与最终产品的工作环
境相联系。建议每个产品都制定一份关于空洞
的标准，并对生产过程或产品制定一个空洞目
标。
3.5.8 焊盘坑裂 使用BGA一个新的问题是焊
盘坑裂现象。焊盘坑裂的定义为连接盘与印制
板树脂/织物复合物、或连接盘下复合物内部分
离，它也被称为“层压板裂纹”。
焊盘坑裂的图例可见图3-9所示的BGA焊点截
面。这种现象形成的
原因与为满足无铅焊料的较
高温度要求而采用层压板树脂系统的新配方有
关，新材料较为坚硬而比之前所用材料更脆。
BGA焊点有若干种可能的失效模式。不同的失
效模式可参考图3-10中的描述。该图是要强调焊
盘坑裂位置与其它形式焊点失效位置之间的关
系。焊盘坑裂失效通常发生于位置5，位于焊盘
与印制电路板的层压板之间。处于元器件基材
与元器件焊盘之间（位置1）的失效模式与
焊盘
坑裂十分类似，但是这种失效模式通常归因于
元器件封装工艺而非印制板组装工艺，位置1的
失效通常会在元器件可靠性评估或3.5.2节中提
到的分类处理时被发现。
3.5.9 标准化问题 许多BGA采用传统印制板
（中介基板）材质，但是这些材料需要通过标
准的可靠性测试。许多机构，例如JEDEC、IEC
以及IPC，都开展了标准化的工作，以测试BGA
封装是否能满足大多数应用的要求极限。绝大
多数塑料材质
的封装应用在办公室设备、笔记
本电脑以及便携电子设备，这些应用场合通常
不需要像其它应用那样的产品生命周期性能要
求。
对特定应用的BGA，需要有特定应用的鉴定标
准将测试条件同产品的使用环境关联起来。许
多工业发展历程已识别了这些工作环境可为：
低成本、手持、高性能手持、高性价比、高性
能以及严苛环境中应用
等。后面的环境如宇航
和汽车电子（引擎盖下），通常需要额外的测试
如加速应力试验（HAST），用以验证在那些严
酷环境下可靠性。
表3-4 半导体成本预测⽰例
年份输⼊ 2008 2009 2010 2011 2012 2015 2018 2020
合约制造每引脚最小成本[1,2](美分/引脚)
低成本，手持式和存储器类 0.24-0.47 0.23-0.46 0.22-0.45 0.21-0.43 0.20-0.42 0.19-0.38 0.18-0.35 0.17-0.34
性价兼顾 0.63-1.00 0.62-0.96 0.61-0.94 0.60-0.92 0.58-0.90 0.55-0.85 0.52-0.80 0.50-0.79
高性能类 1.68 1.64 1.61 1.58 1.55 1.45 1.37 1.32
使用严苛 0.23-2.00 0.22-1.90 0.22-1.54 0.21-1.46 0.20-1.38 0.19-1.17 0.18-1.00 0.17-0.89
白 已有方案 黄—方案开发中 红 无已知方案
IPC-7095C-C 2013年1月
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由于焊盘坑裂已经成为一个问题，IPC委员会开
发了测试程序以在用作组装安装结构之前对印
制板进行鉴定，IPC-9708提供了测试方法，用
于评估印制板组装材料和表面贴装（SMT）焊
盘下设计的粘接介电材料失效的耐受性。这种
实验方法可用于不同印制板和设计参数的排序
和比较，但并不定义为验收标准。
3.5.10 可靠性问题 可靠性问题与BGA元器件
自身以及BGA焊接到互连基板（通常为有机印
制板）的可靠性相关。
元器件可靠性问题可以通过将芯片正确安装到
中介基板上得到缓解。金属导线键合技术已使
用多年，该项工艺为人熟知通常十分纯熟，具
有很高的良率。另一较普遍的技术是将裸芯片
正面向下以倒装芯片方式安装在中介基板上。
采用倒装芯片工艺需要严格控制中介基板上的
连接盘位置，使连接盘能够与裸芯片的键合位
置正确地对接。此外，如果中
介基板的材质为
有机材料，连接工艺需要底部填充以最大限度
的减小由于硅芯片和中介基板的热膨胀系数不
匹配而导致的疲劳损坏。
在最小化热膨胀系数CTE不匹配以及增加间隙
高度的情况下，组件级的焊点疲劳会减轻。焊
接的可靠性可通过研究并全面了解产品的操作
使用环境以及遵照IPC-D-279列出的可靠性设计
（DfR）指南来优化。在选择表面处理方式时，
需要考虑锡晶须和金脆化所带来的风险。应该尽
量避免使用厚金表面处理（厚度大于0.25μm），
以减轻焊接时金脆化所带来的风险，过厚的其
它贵金属表面处理也应尽量避免使用。
3.5.11 ⽆铅技术的驱动⼒ 将厂家产品中普遍
含有锡/铅焊料转化为无铅焊料有两大推动力，
其一来自法律法规的驱动，其二为市场趋势的
驱动。
图3-9焊盘坑裂案例
IPC-7095c-3-10-cn
图3-10 BGA焊点各种可能的失效模式
元器件基板
连接盘
PCB
元器件基板与焊盘间的
失效（位置1）
元器件基板焊盘和焊
球间的失效（位置2）
焊料内部失效，
通常在热循环后可见（位置3）
焊球和连接盘间的失效
（位置4）
焊盘与基板间的失效
（焊盘坑裂）（位置5）
焊球
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