IPC-7095D-CHINESE NP 2019 - 第61页
IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 45 封装最终共面性是本节开头提及的因素非常复 杂的组合结果 。之前提到的因素 1 和因素 2 对 于封装共面性的影响占 很大 百分 比（达 70% ）。 焊球的使用类型决定了封装成品组装到印制板 期间 ，封装总体共面性的可接受程度。塌 陷式 共晶焊料和锡合金基焊球是最普遍的 ，因为它 们可以弥补较大的封装不共面的问题。 JEDEC 设计指南以其最大直径来定义焊球触点 直 径（…
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4.8.2 焊球空洞
空洞可能在焊球连接工艺之前就出
现在焊料球体中（由于焊球的制造工艺），在焊球连
接工艺中引发（由助焊剂的使用造成），并在印制板
组装前出现。如图 4-38 所示，这样的空洞可能会也
可能不会在板级组装过程中消散。
附录 A 提供了工艺控制特性的一些建议，以降低组装
前的空洞发生。
对于组装后焊球空洞的工艺控制标准，参见 7.5.1。
4.8.3 焊球连接完整性
可靠的焊球连接是 BGA 封
装成功依赖的因素之一。焊球需要在可接受尺寸公差
内连接，连接后它们的高度和宽度需在规定和 / 或可
接受限值内。最重要的是，它们需要与基板上的连接
盘之间形成适当的金相结合。所有焊球需要能经受确
保润湿而达到最佳连接的温度曲线。如果焊点不润
湿，焊球将无法获得适当的连接也不能保证必需的机
械和电气互连。这样的焊球会在运输和操作时会脱
落，或者在电气测试时会出现失效或间歇性失效。
图 4-39 显示了焊球和连接盘表面。左图为焊球的平
整底部，右图为焊球连接后的 FBGA 焊盘。
如果连接工艺温度不足以形成适当的金相结合，此时
由于焊球和焊盘之间仅靠机械粘合维系，所以只需要
很小的力就可以将焊球从焊盘剥离。
焊球连接完整性可通过焊球剪切或焊球拉动来评估。可获得剪切和拉动的人工和自动剪装置。不建议手动方式
扭曲，剥离和撬动焊点，因为其产生的结果再现性不够，且失效模式不一致。对于剪切和拉动测试，脱离力（通
过剪切或拉动）和失效模式都是重要的参数。焊接界面的失效，表现为焊点从 BGA 树脂基材或印制板连接盘
处撕开，是湿润良好的积极信号。对于良好的连接，不应该有任何未被湿润的区域。焊球拉动和剪切测试方法，
分别参考 JESD22-B115 和 JESD22-B117。
4.8.4 封装和焊球共面性
封装共面性是下列因素共同作用的结果：
• 封装厚度、节距和散热要求
• 基板设计、材料和制造工艺
• 器件（芯片）数量、尺寸和厚度
• 无源元件数量、尺寸和厚度
• 组装材料和制造工艺
一般室温下规定的共面性不总能保证该元器件在 SMT 加工时形成良好的焊点。无论室温共面性怎样，再流焊
接过程中的封装行为（动态翘曲）决定了与焊料接触的好坏。封装的动态翘曲取决于封装 CTE（封装尺寸、
芯片尺寸、封装材料）。如 JESD-B112 所描述，动态翘曲的标志可通过诸如阴影叠纹技术，三维数字图像相关、
条纹投影和各种形式的线扫描或高分辨率聚焦技术等方法来表征。
A
图 4-38 进料检验时共晶焊球中的空洞示例
A – 空洞
AB
图 4-39 焊球和连接盘表面状况示例
A – 焊球平整的底部
B – 焊球连接后 FBGA 上的焊盘
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封装最终共面性是本节开头提及的因素非常复
杂的组合结果。之前提到的因素 1 和因素 2 对
于封装共面性的影响占很大百分比（达 70%）。
焊球的使用类型决定了封装成品组装到印制板
期间，封装总体共面性的可接受程度。塌陷式
共晶焊料和锡合金基焊球是最普遍的，因为它
们可以弥补较大的封装不共面的问题。
JEDEC 设计指南以其最大直径来定义焊球触点
直径（b），如用平行于底座面即基准面 C 的平
面量测（见图 4-40）。 图 4-40 所示的细节定义了控制共面性（ccc）的轮廓公差带以及封装顶表面（bbb）和底
座面（基准面 C）之间的平行度限值。
封装的高度是从封装上表面到封装底座面（这里是焊球与主印制板安装接触面）量测到的距离。封装的上表面
保持与底座面平行是重要的，因为它要适应测试、检验和组装时对元器件的操作。平行度的双边公差带（bbb）
参考封装表面相对于基准 C（底座面）的平行度。
4.8.4.1 密节距 BGA（FBGA）共面性示例
随着焊球直径增加，共面性公差极限变化很小。表 4-12 显示的
是按焊球尺寸的可控共面性（ccc）。关于具体的共面性公差，咨询 BGA 制造商。
表 4-12 按照焊球尺寸的受控共面性
焊球 （mm） 受控共面性 （mm）
0.3 0.08
0.4 0.1
0.5 0.12
单向轮廓公差带（ccc）由底座面向上延伸，焊
球触点的最低点必须要在公差带内。每个焊球
都有一个与其直径“b”相关的公差带，它通过
基准面 A和基准面 B准确定位并与基准C垂直。
每个焊球中心必须位于公差带内。焊球触点的
位置公差通过关于封装轮廓基准 A、基准 B 和
基准 C 来定义，如图 4-41 所示。
与焊球直径（b），基本节距的间距（e）相关的
公差带阵列控制了焊球的位置。设计指南允许
阵列关于公差带“ddd”上下浮动；然而，焊球
中心必须同时位于两个公差带内。关于 BGA 测量的更多细节，参见 JEP95，章节 4.17。
4.8.5 湿度敏感性（烘烤、贮存、操作、再烘烤）
J-STD-020 和 J-STD-033 规定了湿度敏感要求。J-STD-033
也提供了关于湿度敏感元器件操作的信息。
元器件湿敏性可分成如表 4-13 所示的八种级别。这些分级定义了元器件从密封包装袋取出后在生产车间可以
存放的时间。在环境空气中暴露超过规定时间的元器件，使用之前必须再烘干，以排出过多已吸收的湿气。
许多 BGA 为湿度敏感器件；尤其是 TBGA 和倒装芯片 PBGA。CBGA/CGA 通常对湿气不敏感。J-STD-020 限
制了封装允许吸收湿气的时间，但建议 BGA 至少满足等级 3 的规范。站在制造操作的角度，特别不希望湿敏
等级 5 和等级 6 的器件，因为它们会导致对车间和元器件操作的额外管控。
nX
ccc
C
bbb
C
C
A1
IPC-7095d-4-40-cn
图 4-40 建立 BGA 共面性要求
A B
C
C
ddd
eee
M
M
b nX
IPC-7095d-4-41-cn
图 4-41 焊球触点位置公差
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表 4-13 湿敏等级和车间寿命
MSL（湿敏等级） 1
车间寿命（从包装袋取出）不受限
其它 MSL
工厂环境≤ 30 °C/60% RH 下车间寿命（从包装袋取出）
2
1 年
2a
4 周
3
168 小时
4
72 小时
5
48 小时
5a
24 小时
6
使用前强制烘烤。烘烤后，必须在标签注明的时限内完成再流焊
如果有湿敏等级 6 的器件，必须备有烘烤炉。取决于封装的厚度和尺寸，烘烤需要在 125°C 的环境下进行 4
至 48 小时或在 40°C 环境下进行 5 至 68 天。为了将湿气从 BGA 元器件内排出，应该建立一个推荐的烘烤周期。
需要注意的是无铅焊料需要较高的再流温度，这需要一个更严格的除湿烘烤周期。
4.8.6 运输媒介（载带、托盘、管）
同所有表面贴装元器件一样，BGA 器件应采用满足适当标准或规范的
ESD 材料予以包装。由于许多 BGA 为湿敏类型，BGA 器件应该用 JEDEC 承认的、能耐受多个烘烤循环的矩
阵托盘包装。对于不同等级的湿度敏感器件，要求的烘烤温度和时间见 4.8.5 节。
为了组装更快周转，优先采购卷带包装形式的大批量元件（如 SRAM 和 DRAM）。元器件大小和湿敏问题使得
卷带包装不适用于某些 BGA。宽达 56mm 卷带是可用的，且应至少提供 200mm 的卷带“料头”。烘烤卷带中
的元件要小心，因为这类包装的烘烤温度通常受限制而比矩阵托盘的烘烤温度要低。
5 印制板及其它安装结构
印制板和其它类似类型的互连平台作为 BGA 和其它元器件的安装结构。有多种多样的安装结构可实现各种互
连基板要求。这些结构使用了许多类型的有机和无机材料，它们具有宽泛的物理性质。材料的选择通常是基于
成品价格 / 性能的需求。
基于结构（印制板，HDI 等）类型，用于安装和组装 BGA 的互连结构应该满足 IPC-6010 系列标准。
5.1 基板
5.1.1 至 5.1.3 论述了一些较常用的安装结构基板。
5.1.1 有机基板
有机基板是构建电子互连结构的最常用基板。因为这些材料有庞大的生产基地，使得这种类
型的互连结构在技术竞争中成本最低。
有机材料具有内在的电气性能优点，最显著的是其 Dk 相对较低，通过选择树脂和增强材料其值会更低。通常
用编织玻璃布来增强刚性有机基板，而挠性基板通常无需增强。
5.1.2 无机基板
无机基板通常是由烧结金属氧化物构成的耐火材料。它们通常很脆，但是它们拥有一些有机
材料不具备的显著优点。它们也较方便获得如陶瓷，硅片和陶瓷金属。
这些材料主要的优点是出色的热性能。然而，这些材料的介电性能较有机基材高。由于很脆，所以一般很容易
破碎。由于无机材料供应基地有限，所以由这些材料组成的结构一般都比较贵。
5.1.3 高密度互连（HDI）叠构多层
尽管单、双金属层电路使用很普遍，但需要多层互连结构以支持当今高
性能电子中的 BGA 互连。与 BGA 相关的高密度布线的难点在于可能也需要采用微导通孔来实现叠构多层。