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IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 91 需要一个特殊的刮刀以实现空腔内成功印刷。可以设计具 有 10mm 至 15mm 缝隙的狭缝金属刮刀（见图 7-5 ） ，印刷 期间当它进入腔体时裂口区域弯曲成不同的角度。在机器 设置过程中，将机器上刮刀的横向位置调整到空腔的精确 位置是很重要的。 7.1.1.4.1 腔体印刷隔离区 作为设计指导通则 ，对于一 个简单的 3D 模板 （传统的阶梯减薄模板） ，每 0.025…
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BGA 焊膏 / 助焊剂浸渍是密节距 BGA 组装的另一种选
择。在这个选项中，焊膏 / 助焊剂浸渍工艺消除了密节
距焊膏印刷的挑战。图 7-2 显示了浸入焊膏槽后覆盖有
焊膏的 BGA 焊球。
在浸渍槽中的焊膏不是普通类型的印刷焊膏。它是一
种特殊的浸渍焊膏，通常是金属填料减少后的类型 5
焊膏。对于轻微翘曲的小型 BGA 封装来说，浸渍可能
是个好的选项。有必要优化焊膏 / 助焊剂浸渍的参数，
如焊膏 / 助焊剂覆盖率和停留时间。
表 7-5 汇总了密节距印刷的不同选项。
表 7-5 密节距 BGA（FBGA）印刷选项
密节距印刷选项 优点 缺点
先进的模板 适合有挑战的面积比低的开孔设计 纳米涂层配方太多
焊粉减小后的焊膏类型 适合有挑战的面积比低的开孔设计 焊膏成本较高
模板厚度减小 提高了开孔面积比值 焊膏印刷体积减少
BGA 浸渍工艺 去除了模板印刷 受限于轻微翘曲的小型 BGA
7.1.1.4 腔体印刷（3D 模板）
腔体技术（也称为储藏
印刷）可成为减少印制板组件总厚度（Z 高度）的一
种有效解决方案。
在这种方法中，印制板具有一个腔体，而元器件需要
安装在印制板的两个层面上。图 7-3 显示了带有一个
腔体的印制板。与腔体匹配带有口袋的特殊模板用来
在印制板的两个层面上印刷腔体。可以使用两种类型
的 3D 模板：
1）3D 电铸
2）3D 焊接
图 7-4 显示了带有两个 BGA 空腔的 3D 电铸模板示例
图。
图 7-2 焊膏浸渍后的 BGA 焊球
（图片来源：Indium Corporation）
图 7-3 腔体板和 3D 模板
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图 7-4 带两个空腔的 3D 模板
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需要一个特殊的刮刀以实现空腔内成功印刷。可以设计具
有 10mm 至 15mm 缝隙的狭缝金属刮刀（见图 7-5），印刷
期间当它进入腔体时裂口区域弯曲成不同的角度。在机器
设置过程中，将机器上刮刀的横向位置调整到空腔的精确
位置是很重要的。
7.1.1.4.1 腔体印刷隔离区
作为设计指导通则，对于一
个简单的 3D 模板（传统的阶梯减薄模板），每 0.025mm[
0.98mil] 的阶梯减薄厚度，从台阶边缘到最近的开孔（图
7-6 中的 Z1）的距离应该是 0.9mm[35.4mil]（另见 IPC-
7525）。当需要 3D 腔体印刷模板来进入更深的凹槽时，对
于 Z1 的设计指南是腔体深度加上 1.27mm[50mils]，包括制
作的模板侧壁斜率、印制板壁公差和刮刀的调准。
图 7-6 中的 Z2 是开孔和空腔的水平距离。通常这个隔离区
没有 Z1 保守，加上铜箔厚度至少需要 150
μ
m（6mils）。
除了印刷所需的隔离区之外，设计者需要考虑封装轮廓尺
寸以及 BGA 外围焊球与封装边缘之间的距离。设计者还
需要考虑贴装公差、返工和所需的底部填充空间。这可能
会增加腔体所需的隔离区。
7.1.1.3 焊膏量的重要性
对于塑封 BGA，其大部分焊
料是由元件本身的焊球提供的，而焊膏量并不是那么关
键。对于节距超过 0.8mm的塑封 BGA（锡铅或无铅配方），
模板厚度取决于印制板组件中使用的其它类型的元器件。
焊料量和模板厚度对于带有非塌陷铜焊球或高温 PbSn10
焊球（熔点为 302°C）的陶瓷 BGA 更为关键。用于陶瓷
BGA 的焊球在通常的再流焊过程中不会塌陷（见图 7-7）。
A
B
C
D
EE
IPC-7095d-7-5-cn
图 7-5 狭缝金属刮刀
A– 裂缝长度 D– 腔体
B– 狭缝 E– 空腔区域
C– 翻门
图 7-6 腔体隔离区
Z2 Z1
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图 7-7 高铅和共晶焊球及其焊点比较
A–CBGA 基板
B–PBGA 基板
C– 印制板
D– PbSn10 焊球
E–SnPb 共晶锡铅焊料
F– SnPb36Ag2 焊球
A
D
F
E
B
C
C
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对于需要较厚焊料量的带有非塌陷焊球（铜制焊球或 PbSn10）的 CBGA，可能需要使用阶梯式模板。阶梯尺
寸通常为 0.04mm 至 0.08mm，它可以在印制板表面施加两种不同的焊膏厚度。当阶梯尺寸为 0.04mm 时，金
属刮刀可正常使用。如果使用了阶梯模板，则阶梯线离开任何印刷开孔的距离应该至少 3.75mm。
因为高铅焊球不会塌陷，所以有充足的焊膏量是至关重要的。因此除了使用阶梯式模板，模板开孔也应远比连
接盘大以达到非塌陷焊球所需的焊膏量。连接盘和焊球之间的焊料填充取决于焊膏量。CBGA 和 CGA 需要有
一个最低焊膏量以实现可靠焊点。许多供应商拥有此技术能为封装提供特定焊膏量。表 7-6 展示某些陶瓷封装
（使用了锡铅或无铅（SAC）焊膏）焊膏体积要求的范例。
对于锡铅和无铅焊膏，焊膏量要求应该是相同的。另外铜制焊球或高温焊球的焊膏量要求也是相同的，因为这
两种焊球在再流过程中都不发生塌陷且所有焊料填充要求必须通过焊膏来满足。
一些 CBGA 不使用非塌陷焊球而使用在再流焊中会发生塌陷的无铅（SAC）焊球，它对焊点填充形成的贡献
如同锡铅焊球在 PBGA 中一样。
为了使含有非塌陷焊球（铜或 PbSn10）的陶瓷封装获得正确的锡膏量，有必要用开孔放大的模板外扩印刷连
接盘或使用较厚的模板来印刷。对带有 CBGA 的印制板上的其它元器件，需要对开孔尺寸进行调整以抵消由
较厚的模板带来的影响，可能有必要使用阶梯模板。举例来说，对于 1.27mm 节距的 BGA 和 CGA 而言，正确
的焊膏量分别为 78,660,000
μ
m
3
[4,800 mil
3
] 和 114,700,000
μ
m
3
[7,000 mil
3
]。
表 7-6 陶瓷阵列封装焊膏体积要求示例
器件类型
节距（mm）
[mil] 组装合金
最小焊料体积（
μ
m
3
）
[mil
3
]
标称焊料体积（
μ
m
3
）
[mil
3
]
最大焊料体积 （
μ
m
3
）
[mil
3
]
CBGA 1.27 [50] SnPb 78,657,600 [4,800] 90,128,500 [5,500] 163,870,000 [10,000]
CBGA 1.0 [39.37] SnPb 40,967,500 [2,500] 57,354,500 [3,500] 75,380,200 [4,600]
CCGA 1.27 [50] SnPb 49,161,000 [3,000] 81,935,000 [5,000] 124,541,200 [7,600]
CCGA 1.0 [39.37] SnPb 32,774,000 [2,000] 65,548,000 [4,000] 81,935,000 [5,000]
SAC CBGA 1.27 [50] SAC 24,580,500 [1,500] 36,870,750 [2,250] N/A
SAC CBGA 1.0 [39.37] SAC 13,109,600 [800] 28,677,250 [1,750] N/A
Cu CGA 1.0 [39.37] SAC 57,354,500 [3,500] 81,935,000 [5,000] 106,515,000 [6,500]
7.1.2 元器件贴装影响
采用 BGA 技术需要一些新的组装能力。取决于贴片机系统的类型，需要改变封装运
载机构而将封装从矩阵托盘转移至需要贴装的位置。基准点可帮助视觉系统辨识 BGA连接盘图形的确切位置，
这就如同在密节距外围引脚元件中所用的方式一样。取决于器件本体的尺寸，卷带料上大型 BGA 元件需要
44mm 和 56mm 的供料器，而最常见的 BGA 供料器是 JEDEC 托盘。
7.1.3 BGA 贴装视觉系统
贴装精度是 BGA 工艺十分关键的要求。强烈建议在机器贴装之后不要移动
BGA，因为这可能会造成相邻焊点间的桥连，而连接情况不能通过肉眼观察到。贴片机的精度很大程度取决
于视觉系统和吸嘴把持元器件的能力。
视觉系统与实际应用的匹配性也是很重要。视觉系统在贴装之前决定了元器件的 X、Y 坐标和补偿角
θ
。除了
确定元器件的补偿，视觉系统也可以检测元器件的尺寸完整性和焊球缺失。基于电荷耦合器件（CCD）摄像头
的系统采用两种照明方法，分别称为二进制与灰阶。这两种方法对对比度和光亮度的变化都是很敏感的。
灰阶系统使用前置照明，从底部照亮元器件。表面特征会反映至 CCD 摄像头以供处理。二进制系统使用背光
照明，从上方照亮元器件。元器件的轮廓被投影至 CCD 摄像头以供处理。二进制成像是这两种方法中较早的
一种，使用黑白图像的差异来对特征进行定位。灰度值系统通常可以体现出 256 级对比。这两种系统都采用一
种算法来确定元器件的中心。相对于灰阶成像，二进制成像对于计算能力的要求较低。