【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第100页
落 粘合或 边 缘 粘合 这种 名称 ） 。 使用 这种 方 法 的 设备 包 括 笔 记 本电 脑 、 平板 电 脑 、上 网 本，部 分 台 式 电 脑 和 很少 数 的 服 务 器 。 这些 设备 并不 像 上一组 产品 那 样 携 带 频 繁 ， 因 此 它 们在 冲击 方面的要求 较 少 。 角落 点胶 方 式 的 抗 冲击 能力 弱 于底 部 填充 方 式 。 角落 点胶比底 部 填充法 有 优点 ，在 于 这种 方 法 更…
使用聚合物强化BGA与印制电路板互连市场中
常见的方法有三种。包括全毛细流底部填充、
部分毛细流底部填充和角落施加粘合剂。无流
动底部填充技术正在研发之中，但是还没有在
大批量制造（HVM）中应用这种方法。一些研
究表明，相比于没有聚合物增强，在代表性的
封装上能看到其抗冲击和弯曲性能改善大约100-
200%。BGA的聚合
物增强比许多其它已尝试过
的方法都要优越（更大的连接盘尺寸、金属限
定连接盘、改换连接盘形状等等）。
BGA封装的形状参数（即本体尺寸和／或焊球
节距）不是采用聚合物增强的主要决定因素。
使用BGA元器件的细分市场，对于决定是否需
要在角落点胶还是在底部填充更关键。产品设
计人员必须要确 定产品是 否需要对BGA进行
额外的机械保护以满足市
场特定的可靠性要求
（例如：冲击、弯曲、振动、跌落、温度循环
等等）。
图7-11表示覆盖于可靠性要求与代表性电子设备
设计寿命对比图中的一些典型粘合方法的概念
图。在此图中，按其概念分组有三种区别的胶
粘方式。
第一组用⾼性能底部填充组装，这些包含在温
度循环和冲击方面期望有最高性能的设备。此
类设备的预期寿命长达10-20年或更多，包括航
空电子设备、军
事电子设备、医疗设备和汽车
电子设备。通常使用的底部填充材料是低分子
量树脂，在流动期间可用较小颗粒尺寸的填充
材料完全充实底部以最小化空洞的形成和填充
剂的分离。这些材料可能需要较长时间固化且
不能进行返工。对于这种市场的产品，性能是
最终驱动力而不是成本。
下一组分类为⼯艺导向的底部填充。这些产品
包括手机、智能手机
、MP3播放器和平板电脑。
这种市场的产品在抗冲击方面的高性能是必需
的。温度循环性能的需求可能不苛刻，因为这
些移动设备在低功耗下运行环境更凉爽。对于
消费市场，成本很重要。因此这种底部填充剂
是由流动极快并能在较低温下快速固化的树脂
制成的。这种底部填充剂在某些情况下甚至可
以返工。这些属性可维持高生产节
拍同时使报
废最小化以降低总成本。
最后一类产品采用了角落胶粘合（角落胶粘合
在概念上类似于某些特定的制造厂商使用的角
IPC-7095c-7-10a,b,c,d
图7-10 板上BGA连接盘外围去除阻焊膜的影响
连接盘周围去除阻焊膜 ~0 mm 0.75 mm
俯视视图说明由于开口关系而
增加了有效的连接盘直径
连接盘上焊球连接的横截面视
图说明阻焊膜被去除后焊料会
沿着连接 盘边缘向外润湿
2013年1月 IPC-7095C-C
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落粘合或边缘粘合这种名称）。使用这种方法的
设备包括笔记本电脑、平板电脑、上网本，部
分台式电脑和很少数的服务器。这些设备并不
像上一组产品那样携带频繁，因此它们在冲击
方面的要求较少。角落点胶方式的抗冲击能力
弱于底部填充方式。角落点胶比底部填充法有
优点，在于这种方法更易于返工并且实施此工
艺在资金、材料成本和劳力成本上比较
便宜。
一些角落胶的胶合剂可在UV灯下曝光并短时间
内固化。这消除了使用较贵的固化炉的需求而
以一排UV灯来替代。
如同所预计的那样，用聚合物增强策略获得的
高性能只能通过选择正确的材料，在具体应用
中利用实验法来达到。底部填充用户应知道，
选择与使用环境相匹配的具有固化机械性能的
底部填充化学品至关重
要。底部填充化学品通
常会增加封装的机械性能（冲击、弯曲、振动
和跌落），但如果选择不当的话，可能同时会降
低温度循环性能。因此，机械冲击可靠性的增
益边际需要与温度循环可靠性损失边际的风险
相平衡。
7.2.2.1 全底部填充和部分底部填充 全底部填
充通常将未固化液态聚合物施加于板子上BGA
封装边缘，以使底部填充剂通过毛细管作
用流
进BGA封装底部。设计底部填充分配工艺时必
须注意避免BGA封装内部裹挟较大的气泡（空
洞）。分配模式例如“I”形沿着封装的一边向下
分配相比流动较快的“L”或“U”形模式（分
别沿者两边或三边），不太可能会裹挟气泡。
底部填充剂可通过自动化设备（喷射分配或螺
旋泵或其它）或通过手动设备（通过
注射器与
针头气动分配）分配至基板封装周围。为了增
加底部填充剂的流动速率以及生产线的生产速
度，组装板通常需预热至50°C-110°C。底部填
充剂供 应 商 已经认识 到 流 速 决定了生产的速
度。最近几代底部填充剂已配制成低粘度和高
润湿性，大幅提升了其流动速率。新一代无需
预热且流动良好的底部填充剂也已开
始得到使
用。
当分配使用“I”形模式时，毛细管底部填充流
动时间可以由下列公式（1）粗略估计：（见图
7-12）
IPC-7095c-7-11-cn
图7-11 BGA和其它封装底部填充粘合剂使⽤
0
Increasing Reliability Requirements
Designed Product Life in years
低端电话
智能手机
3 7 10 12 205
固态硬盘
MP3播放器
平板电脑
笔记本电脑
便携式电脑
台式电脑
服务业
车载计算处理
航空电子
军事—导弹制导
其他高端电子
医疗电子
高性能底部填充
工艺导向的底部填充
角落胶粘合
无粘合剂
IPC-7095C-C 2013年1月
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T = (3μL
2
)/(hγ cos Θ), 其中
T=底部填充剂流过封装所需时间，秒
μ=底部填充剂粘滞系数
L=底部填充剂流经距离
h=平行表面之间间隙
Θ=流体对表面的润湿角度
γ=底部填充剂的表面张力
底部填充中的空洞很常见，特 别是在焊球与PCB
之间以及焊球与封装基板之间的相交处。一般的
共识为底部大量填充中的小空洞不会对冲击、
弯曲或者温度循环性能造成显著影响。
对于底部
填充中可接受的空洞，业界并没有相关标准。
但是，大部分底部填充用户认为在底部填充中
任何相邻焊料间的空洞都是有风险的。（已证明
焊料会在温度循环作用下沿着空洞爬行，并造成
相邻焊球间短接。）中等大小的空洞（即：比焊
球直径的一半大）是业界认可中的灰色区域。
据说可证明这些中等尺寸的空洞并不会造成显
著的负面影响，但是一些底部填充剂用户仍想
要在他们的工艺中避免这些空洞的形成。图7-13
分别展示了一些小晕圈空洞、中等大小空洞和
大型空洞的示例。
为了达到最好的底部填充性能，需要有适当的
填充高度。在大多数应用场合，沿封装侧面向
上至封装中心线之间有25%－100%的填充，被认
为是可以接受的。
在围绕BGA周边进行底部填充时，对其它器件
和开
窗导通孔的隔离区是必要的。隔离的保守
规则是，在BGA封装的非分配边，从PCB表面至
BGA封装基板顶面高度的1.5倍，在 BGA封装分
配边为6.0mm。
底部填充封装要在炉中固化。对这些板子进行固
化的一个理想方法是使用标准SMT再流焊炉，
将温度设定低于正常再流温度，让板子单次通
过炉子。许多底部填充化学品可在120-165°C，
运行5-20分钟即可固化，这种性质有利于采用这
种方法。固化也可用离线再流焊炉。底部填充
剂供应商已经开始导入新的配方，它可在较低
温度下固化并且需要的时间更短。
从历史上来说，在HVM环境下底部填充环氧树
脂几乎不返工。这在最初的一些设备例如早期
手机是可接受的，因为早期的手机每块电路板
成本
相对较低，报废一些板子不会带来显著的成
本增加。但是，如今底部填充已越来越多地进
入一些高端市场。所以，底部填充剂供应商正
在研发能在HVM环境下便于返工的化学材料。
部分或仅角落底部填充是通过在BGA封装角落
附近，点状或“L”形模式分配底部填充剂来完
成的。流入的底部填充剂大致呈圆弧状
并裹住
各角落中的几个焊球（见图7-14）。
这种方式与完全底部填充相比的优点是所使用
底部填充材料大为减少且底部填充材料流动时
间也显著减少，这有助于提高与滴涂工序相关
的生产率。如所预计的一样，部分或仅角落底
部填充没有像完全底部填充那样有很大的强度
改善；但是，在许多情况下，部分底部填充所
带
来的性能提升已足够满足市场对封装/电路板
保护的要求。（一项实验案例表明，部分角落底
部填充BGA对比于未经过填充的相同BGA，在
机械损伤持续发生的情况下，抗冲击水平上提升
1.5倍，这是非常显著的）。
IPC-7095c-7-12
图7-12 两平⾏表⾯间底部填充剂的流动
γ
µ,
θ
h
L
图7-13 底部填充空洞⽰例 – ⼩、中和⼤空洞分别在焊球的左上、左下和左侧
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