【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第101页
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 …
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
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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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一些移动电脑主板制造商已使用部分底部填充
材料来加强电路板上的BGA强度。
7.2.2.2 ⾓落施加粘合剂 角落施加粘合剂（有
时称作角落点胶、角落绑定或角落粘着）是一
种仅在BGA封装角落和/或外部边缘施加胶水的
方法。该理论认为通过重新加强封装的应力最
大区域，即离封装中心最远处的焊球，封装性
能就能改善。角落
施加粘合剂改善封装性能不
如传统的完全毛细流底部填充那样高，但往往
所获得的优势是明显的并足以满足市场要求。
角落点胶方法已 被广泛应用于有高机械性能
要求（冲击、振动和弯 曲 ）的大尺寸BGA封
装（20×20mm至45×45mm）。移动电脑主板市
场也符合这种情况。
采用角落点胶安装的BGA照片如图7-15所示。
角落点胶可以在BGA封装贴装、再流焊之前直接
施加
到PCB上 或在再流焊之后施加到已组装的
BGA封装上。再流焊前进行角落点胶要求BGA
封装在焊球最外排的最后一个焊球的外部边缘
有足够基板空间（见图7-16）。
预先施加角落胶水于基板的最小可用宽度大约
需0.7mm。若封装基板的宽度小于该值，此工艺
在HVM环境下就得不到保证。目前的趋势为封
装基板尺寸正在缩减，预计在再流焊之前对角
落点胶的做法
也将会减少。
组装和再流焊后角落点胶的有效性取决于所选
择的胶水类型和与每个角落接触的总表面积。
涂覆量从每 个角基本的单一胶点到胶水 在角
落的每边沿着封装边向下延伸多达六个 焊球
的“L”形支架变化而不同。研究表明较长的
“L”型分配支 架 可 以 显 著 地提升机械可靠性
（即：一项研究表明了冲击性能的改善
，其中
造成机械损伤开 始 发 生 的 加速度水平从180G
增至300G。）
每个角落点胶量的一个好的起点是，“L”型支
架的每条腿应延伸3至6个焊球深处。角落粘合
的一大隐患是使用的胶水量太少而使覆盖表面
不够。测试表明，沿基板一边不超过一个焊球
宽度的单点胶水覆盖并不会显著增加BGA冲击
或弯曲方面的性
能。这是因为通常情况下，阻
焊膜与下面的FR-4材料或BGA基板的接合强度
较低，如果角落点胶的表面太少，这样的结构
将很容易发生裂纹（见图7-17）。
其它准则是，粘合剂的整个涂敷线应平均润湿封
装基板垂直边至少50%以上，同时即使环氧树脂
向内流动到足以接触到某些焊球，也应强制环
氧树脂材料在BGA封装底部流动到一定深度。
再流焊后角落点胶的典
型分配设备包括给注射
器和针头装置提供空气的气动源。这种设备成
本低，可在人工费率低于可用资产的制造环境
下装备。
图7-14 局部底部填充 – 将封装拆除后能看到在各⾓
落的⿊⾊填充
图7-15 ⾓落施加粘合剂
IPC-7095c-7-16
图7-16 再流前⾓落点胶应⽤的关键尺⼨
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