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IPC-7095D-W AM1 CN 2019 年 1 月 7 图 3-3 导体宽度与节距关系 图 3-4 金属线键合球栅阵列 (BGA) A B C D E F 0.25-mm Pitch 0.5-mm Pitch 0.75-mm Pitch 1.0-mm Pitch 1.27-mm Pitch A- 传统 FR-4 （ 125 μ m 宽度 / 125 μ m 间距 / 700 μ m 连接盘） B- 传统 FR-4 （ 125 μ…
IPC-7095D-WAM1 CN 2019 年 1 月
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3.3.2.3 出线和布线考量
较多的功能集成在芯片上，增加了元器件封装的尺寸和复杂度。较高的 I/O 端口数
需要多层或者高密度互连（微导通孔）设计，以支持所需的布线以及提供从阵列元器件的内部连接图形到印制
板之间的出线。采用双面印制板安装所有元器件可能需要该种设计，这也会增加对印制板处理所需功耗的需求。
如不增加印制板复杂度及由此带来的成本，使用高 I/O 数端口的元器件如 BGA 以及 FBGA 会给信号、电源以
及接地 I/O 焊球所有需连接至印制板的布线产生挑战。创新的封装引脚分配和封装配置考量（如节距、焊球尺
寸、焊球数目和焊球空缺）会使印制板的布线变得更容易。
假设引线布局适当、出线设计仔细，即使焊球数目较高的 BGA，双层互连信号设计对于 BGA 封装的出线是充
足的。表 3-2 显示双层电路的可能出线数量与阵列尺寸及连接盘 / 导通孔间的导体数量的关系。
注：
随着 I/O 数量增加，出线能力减弱，因此需要更多层数。
表 3-2 从表面上看双层布线并不足以应付 16X16（256 个焊球）以上的焊球阵列出线，但实际上大量焊球会用
作电源和接地连接，所以这些焊球并不需要出线。它们可以通过连接盘至导通孔（狗骨设计）直接连接到适当
的层。需要记住的重要一点是信号或电源 / 接地焊球的布局不合理会浪费可用的布线通道，从而大幅减少了在
给定层数下可出线的总信号 I/O 数。
表 3-2 双层电路出线数 vs. 阵列尺寸
阵列尺寸 总引线数
导通孔间导体数（•|•）
1 2 3
•|• •||• •|||•
14 X 14 196 192 196 196
16 X 16 256 236 256 256
19 X 19 361 272 316 352
21 X 21 441 304 356 400
25 X 25 625 368 436 496
31 X 31 961 464 556 640
35 X 35 1,225 528 638 736
将信号引脚布局在阵列封装的外排，同时内部焊球用作电源和接地将有助于出线。然而，大型阵列封装位于边
角的焊球更容易导致机械失效，所以将这些焊球用作冗余接地比较好。能出线的信号 I/O 排数取决于印制板上
所需的布线层数和在连接盘和导通孔之间可布的导体数。
图 3-3 给出了适合于各种节距和连接盘直径的相邻连接盘之间的导线宽度和间隔宽度的示例。值得注意的是，
随着焊球节距的减少，每条通道中导线数量一定时，其线宽和间距也会随之减少。这种情况会增加印制板制造
的难度和成本。
为了减少层数，设计者可以采用焊球随布（balls anywhere）封装。焊球随布封装是基于板设计的特定应用和客
户定制。用户需要和芯片供应商合作来获得焊球随布封装（见 6.2.6）。
3.3.2.4 金属线键合
线宽和间距采用 150
μ
m 其成本最为合理，而采用 100
μ
m 线宽和间距的印制板，其成本
会显著提高。使用有机互连基板将裸芯片安装至塑封 BGA，基板安装连接盘与芯片的键合连接盘要求相匹配。
键合连接盘通常用金属线键合定位，因为这是最普遍的技术。将芯片背部粘接到基板的方法之一是采用导热胶。
取决于 I/O 数和引线节距，多层基板制造技术可以用来将外围键合连接盘芯片转化为凸点 / 焊球 / 柱状面阵列
矩阵（见图 3-4）。
面阵列格式的芯片键合连接盘允许用倒装芯片结构安装。在这种情况下，芯片的安装方向与金属线键合的情况
正好相反，芯片上的凸点会与基板直接接触，该基板用来将芯片图形转换为 BGA 图形。这对有机高密度微型
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图 3-3 导体宽度与节距关系
图 3-4 金属线键合球栅阵列 (BGA)
A
B
C
D
E
F
0.25-mm Pitch 0.5-mm Pitch 0.75-mm Pitch 1.0-mm Pitch 1.27-mm Pitch
A- 传统 FR-4 （125
μ
m 宽度 / 125
μ
m 间距 / 700
μ
m 连接盘）
B- 传统 FR-4 （125
μ
m 宽度 / 125
μ
m 间距 / 600
μ
m 连接盘）
C– 高密度 FR-4 (100
μ
m 宽度 / 100
μ
m 间距 / 600
μ
m 连接盘 )
D– 下一代 FR-4 (60
μ
m 宽度 / 50
μ
m 间距 / 300
μ
m 连接盘 )
E– 典型微导通孔 (75
μ
m 宽度 / 100
μ
m 间距 / 200
μ
m 连接盘 )
F– 下一代微导通孔 (50
μ
m 宽度 / 50
μ
m 间距 / 50
μ
m 连接盘 )
A
D
B
E
F
C
IPC-7095d-3-4-cn
A– 包覆成型环氧树脂
B– 金属线键合
C– 硅芯片
D– 基板
E– 晶片连接
F– 焊球
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电路印制板的布线带来挑战。通常需用底部填充来适应并缓和芯片与有机多层印制板热膨胀系数（CTE）不匹
配。（见图 3-5）
B
A
C
E
FG
D
H
IPC-7095d-3-5-cn
图 3-5 倒装芯片键合球栅阵列 （BGA）
A– 阻焊层
B– 高温熔融焊料或 Z 轴互连材料
C– 环氧树脂底部填充
D– IC 芯片
E– 铜电路和电镀导通孔
F– 散热导通孔
G– 焊球
H– 高性能层压板
3.3.3 组装设备影响
表面贴装技术（SMT）已经发展到一个新的阶段，目前制造的大多数电子元器件只适用
于 SMT 形式。采用 SMT 的任何大批量产品制造都需要自动化。对于小批量 SMT 制造，手工操作的机器或单
台贴片机可能就够用。大批量的 SMT 制造需要特殊的焊膏沉积系统，多台不同的贴片机，在线焊料再流系统
及清洗系统。
BGA 的维修和检验相当困难，尤其是对本体尺寸较大和焊球节距较小的元器件。配置有焊膏沉积、预热及视
觉功能的返修台虽不是必须的，但却非常有帮助。X 射线和光学检测能力（内窥镜）也有助于工艺开发。
3.3.4 模板要求
模板厚度和连接盘尺寸决定了焊膏体积，这对于陶瓷 BGA 是很重要的。通常而言，对于节
距为 1.25mm 和 1mm 的大型 BGA 元器件，由于开孔足够大，使得模板堵塞、印刷定位和清晰度方面的问题比
方形扁平封装（QFP）元器件的要少。当使用密节距 BGA 元器件时，模板厚度需要减小。
为使焊膏模板开孔与密节距 BGA 的要求相匹配，需要了解模板开孔和焊膏颗粒大小之间关系。对于尺寸持续
减小而相互间放置间距越来越密的元件连接盘图形，标准 IPC-7525 提供了详细的说明以帮助做出合适的关联
性决定。
3.3.5 检验要求
同任何表面贴装元器件一样，BGA 一旦贴装完毕就不应该移动，因为这会使焊膏模糊而造
成桥连。尽管有些偏移可通过目检发现，但如果元器件的焊端与连接盘的偏移不大于 50%，许多元器件在再流
焊过程中会自动对准。如果 BGA 有严重的偏移问题，则应该在再流焊之前将其移除，并通过返工将其安装至
印制板组件。应该检验组装后的 BGA，以发现可能不会导致电气测试失效的潜在缺陷（如枕头效应 HoP）。
3.3.6 测试
使用 BGA 前要开发测试方案。由于 BGA 焊点不能直接探测到，所以应该设计测试点，但对于
高密度和复杂的 BGA，可能测试点不足以覆盖所有关键 I/O。需要一些替代测试方案，如在 BGA 元器件内设
计边界扫描功能，这可减少 I/O 扇出探测点的数量。其它如在 BGA 封装顶部创造测试点的做法已证明并不是
个好的解决方案，因为有压力作用在 BGA 及其焊球。
3.4 投放市场准备
BGA 印制板组件导入最终产品之前，重点不仅在于解决技术问题，还要考虑可能的商业
意义。如果产品和技术同时研发，整合和确认问题可能给上市时机带来不利影响。更可取的做法是，在产品上