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2 0 1 0 年 6 月 I P C - 7 3 5 1 B C N 表 1 4 - 2 封 装 峰 值 再 流 焊 温 度 再 流 条 件 封 装 厚 度 > 2 . 5 m m 或 封 装 体 积 > 3 5 0 m m 3 封 装 厚 度 < 2 . 5 m m 或 封 装 体 积 < 3 5 0 m m 3 锡 / 铅 共 晶 对 流 22 5 + 0/ -5 °C 对 流 24 0 + 0 / - 5…
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2010年 6 月
14.1.1 B G A 封 装 图 14-1展现了 B G A 封装的各个要素。JED E C 出版物JE P 95中的第 4 .1 4 章节定义了
一个球栅阵列封装系列。球 栅 阵 列 封 装 （BGA) 是一个在封装底面有金属球或金属柱阵列的正方形或矩
形封装 ，间 距 为 1.50mm、1.27m m 和 1.00m m 不 等 。封装主体上具有应用于电介质结构的金属化电路
图形。半导体芯片可以安装到这个封装体的顶部或底部。在电介质的底面，金属球/柱的阵列图形形成了
从封装体到一个配接物例如印制电路板的机械和电气连接。阵列接触材料可以适应传统的再流焊工艺或
其他贴装工艺。装芯片的表面可以利用不同的技术进行封装以保护半导体。图 1 4-2 比较了上表面连接芯
片和下端开孔结构之间的差异。
IPC-7351b-14-02-cn
图 1 4 - 2 塑 料 BG A 封装结构图例
1 4 .1 . 1 .1 端 子 材 料 B G A 的 焊 料 球可能 由 不同的 金 属 合金组 成 。有一 些 是 含 铅 的，例 如 37Pb63Sn、
90Pbl0Sn 和 95Pb5Sn，其他是不含铅的，例如 Sn96.5Ag3.0Cu0.5、Sn96.5Ag3.5 和 Sn-9Zn-0.003Al。推荐
使 用 相 同 的 合 金 （以焊膏的形式）将 B G A 焊料球连接到安装基板上。但是，一些不会塌落的焊料球需要
一种更有利于再流焊温度的焊膏。
对于无铅焊接，锡银铜合金是锡铅合金的一种普遍替代物。可焊性测试应当使用IPC J-STD-002中描述的
方法。用户和供应商之间如果没有其他的协议，则 B /B 1和 D 应当为默认的测试方法。用户和供应商需要
对 IPC-J-STD-002中定义的涂层耐久性要求达成一致。如果没有，那 么 IPC-J-STD-002中 的 “典型涂层耐
久性类别3 ” 成为表面处理剂的默认条件，详 见 表 14-1。
表 1 4 - 1 分立元器件的可焊性测试
J-STD-002中的测试方法B/B1
J-STD-002中的测试方法D
蒸汽老化默认值
焊料槽/ 浸入和观察测试（无引线元
器件）
抗溶蚀/金属层退润湿测试
类别3，蒸汽条件下8h±15min
1 4 .1 .1 . 2 工 艺 考 虑 B G A 封装通常釆用标准再流焊工艺。依 照 表 1 4 - 2 ,根据所使用的合金，元器件应
该能够承受在一个标准再流焊系统中的进行3 次循环。每次循环中，锡铅条件和无铅条件下分别应当有
10-30秒 或 20-40秒处于峰值温度，高低差异在5 ° C 以内。
如果釆用再流焊接工艺，IPC/JEDEC J-STD -020中的要求了再流条件的适合周期和曲线，详 见 表 14-2。
除此 之 外 ，湿 度 敏 感 性 等 级 （M S L ) 应 当 符 合 J-S T D -020标 准 中 的 定 义 ，从而合理确认元器件的现
场寿 命 。
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表 1 4 - 2 封装峰值再流焊温度
再流条件
封装厚度> 2.5m m 或
封装体积> 350mm3
封装厚度< 2.5m m 或
封装体积< 350mm3
锡 /铅共晶
对流 225+0/-5°C 对流 240+0/-5°C
无铅
对流 245+0 ° C 对流 260+0 ° C
注 1 : 封装体积不包括外部端子（焊料球、凸点、连接盘和引脚）和/ 或独立的散热层。
注2 : 再流焊中达到的最大元器件温度取决于封装厚度和体积。对流再流焊工艺的使用缩小了封装之间的热梯度。但是，SMD
封装的热容量差异引起的热梯度可能依然存在。
注3 : 预期使用“无铅” 组装工艺的元器件应当用定义的“无铅” 峰值温度和曲线进行评估。
需要考虑的重要一点是塑料BGA 封装是湿度敏感元件（MSD)。印制电路板组装工艺过程中需要有预防措施，以防
止 M SD损 坏 （分层、裂缝和其他）。当 PBGA元件贴装在双面/ 再流焊印制电路板组件上时，可能对其烘烤的可追
溯性提出要求。
1 4 . 1 . 2 细 间 距 B G A 封 装 （FBGA) JED E C 出 版 物 JE P95中 第 4 .5 章 节 对 细 间 距 球 栅 阵 列 （FBGA) 封
装的定义是：一 种 缩 小 间 距 （< 1 .0 0 m m )的 球 栅 阵 列 （B G A ) 封装。封装的载体上有一个金属化的印制
图形连接到一个电介质结构上。一个或多个半导体元件可以安装在这个电介质载体的上表面或下表面。
在电介质的底面，金属球的阵列图形形成了从封装体到一个配接物例如印制电路板的机械和电气连接。
装芯片的表面可以利用不同的技术封装以保护半导体。方 形 F BG A 封装系列的要求允许四种可选的间距
0.50、0.65、0.7 5 和 0.80mm，同时 相应地定义了四种不同的元器件外形（高 度 ）。0.75m m 间距进入选择
范围后，FBGA 类元件就有四个不同间距可选了。
FB G A 的外形高度从元器件底座面到顶部大于1.70mm。薄外 形细间距BGA (LFBGA) 是一种缩小厚度
的 FBGA 封装 。L FBG A 的外形高度从底座面到顶部 不大于1.20mm。较薄 外 形 细 间距 BGA (TFBGA)
是一种缩小厚度的FBGA 封装，外形高度从元器件底座面到顶部不大于1.00mm。超薄 外形细间距BGA
(V F B G A )是一种缩小厚度的FBGA 封装，外形高度从元器件底座面到顶部不大于0.80mm。
JEDEC针 对 FB G A 的设计指导中指出，制造商可以根据焊料球中心之间间隔或间距的增加，相应增加焊
料球的直径，具体 对比 见 表 14-3。在这个文件中，JED EC标 准 并 不支持 0.75m m 间距，但是行业中目前
有该间距的元器件存在。
使用刚性穿插结构的封装允许使用较大的焊料球直径。对于硅芯片和刚性印制电路板结构之间存在的严
重热膨胀系数不匹配，较大直径的焊料球可能有一定程度的补偿作用。
表 14-3 J E D E C 标 准 JEP95 F B G A 的标准球径(mm)
球间距
球直径
最小值
标称值
最大值
0.80 0.45 0.50 0.55
0.80 0.35 0.40 0.45
0.80 0.25 0.30 0.35
0.65 0.35 0.40 0.45
0.65 0.25 0.30 0.35
0.50 0.25 0.30 0.35
细间距焊料球元件可能在常规贴装和再流焊操作之外还有其他特殊的工艺要求。这个要求涉及到焊膏的
使用量、贴片机的精准度以及焊接工艺曲线，以确保FBG A 进行再流焊时，所有部件都同时完成。
FB G A 的焊料球端子和工艺考虑和B G A 封装相同，请 分 别参考 14.1.1.1和 14.1.1.2。
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1 4 . 1 . 3 陶 瓷 柱 栅 阵 列 （C G A ) 图 1 4-3 中描绘的典型焊料柱接点是使用在较大陶瓷基封装上的（32.0mm
到 45.0mm)。封装结构和早期的针栅阵列类似，但是间距更近并且有更多的易损引线（焊 柱）。焊柱的直
径大约为0.5mm，长 度 从 1.25mm到 2.0m m 不等。焊柱可 以 通 过 共晶 （S n63P b 3 7)焊料焊接到封装体上，
也可以用9 0% 铅 和 10% 锡合金将其固定。
较长的焊柱可吸收陶瓷封装和电路板之间的C T E 不匹配所产生的大量应力，从而提高焊点可靠性。但是
从另一角度来看，较长的焊柱可能降低电气性能，增加整体的封装体积。而且焊柱的强度不如焊料球，
在处理过程中比较容易受到损坏。CGA元件的连接盘尺寸的计算并不需要考虑元件引线焊端的尺寸公差，
正 如 B G A 焊盘尺寸计算时忽略焊料球塌落与否对连接盘尺寸的影响。
1 4 . 1 . 4 塑 料 盘 栅 阵 列 （L G A ) 不同于微处理器中常见的针栅阵列（PG A )、盘 栅 阵 列 （LGA) 没有使用
任何插针，而是一个镀金的裸铜盘，可以直接连接元器件基板和印制电路板（见 图 14-4)。和其他面阵列
元器件例如B G A 或 CGA —样 ，L G A 元器件比Q F P 或 PLCC —类的外部有引线元器件可以提供更大的互
连密度。和 P G A 元器件系列相比，L G A 的焊盘密度可以大很多，因为不需要将插针连接到基板上，其元
器件间距可以小很多。L G A 类型元件的引脚通常有圆形和方形两种，所以 在 IPC-7351标 准 中 L G A 元件
的连接盘图形也有圆形和方形之分。
图 1 4 - 3 陶 瓷 / 塑 料 柱 栅 阵 列 （CGA) 封装
1 4 . 2 通用外形方面
1 4 . 2 . 1 器 件 外 形 本标准中对栅阵列封装外形的细
节描述 在 JE D E C 出版物JE P 95中有提供。阵列元器
件的整体外形规范在引线间距、接点矩阵图形和结
构方面有很大的灵活性。JED EC标准允许芯片连接
在接口结构 的 任 意一面 （封装腔朝上或朝下）。关于
B G A 元 器 件 的 更 多 定 义 和 互 连 结 构 ，请 参 考 IPC-
7095。 图 14-5举例说明了两个具有常见封装外形的
225 I/O 元器件，但是基于间距的不同，选择了一个
特殊的矩阵图形。
1 4 . 2 . 2 连 接 矩 阵 选 项 触点在矩阵图形 上均匀分
布 ，但是矩阵的中心点总是位于封装的中心线上（见
图 14-6)。元器件制造商可以 选择性地减少触点数
量 。触点图形通常有以下几种描述方法：全偶数矩
阵、全奇数矩阵、周边矩阵或交错矩阵。
图 1 4 - 4 塑 料 盘 栅 阵 列 （LGA) 封装
图 1 4 - 5 封装外形中BG A 触点间距的变化
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