【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第102页
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…
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）。
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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
2013年1月 IPC-7095C-C
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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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角落粘合剂是类似于底部填充材料的环氧树
脂。典型的固化周期是 60-180°C温度下5-60分
钟。这些材料的UV光固化版本也正被导入。
7.2.3 印制板和模块的分板 可采用多种不同
的技术来实现分板。包括简单刻槽、刻槽和铣切
的组合以及铣切加分离条组合(见IPC-2222)。
刻槽是对层压板正反面进行浅而精确的V型槽加
工。由于刻槽允许边条和单个部
件从拼托板中
分离，因此位置精度非常关键。铣切定义了最
后组装的边界。铣切通道由各种直径的铣头铣
切而成，留下的分离条在组装时起到对电路板
定位的作用。
去除分离条时应当特别小心。尤其在BGA元器
件附近，应避免电路板发生弯曲。弯曲可能会
造成BGA焊点开裂，这通常始发于角落焊球。
应制造专用工具或应购
买专为去除分离条设计
的机器。在去除分离条时，这些工具或机器应
减少或消除BGA元器件附近的应力。
7.3 检测技术 下面的段落描述的是在开发BGA
组装工艺或作为生产期间的审核机制，在不同
阶段使用的检验技术。表7-4提供了关于检验方
法适用性的一些建议。
7.3.1 X射线使⽤ X射线检测通常用在焊点被
高比例遮盖而视线看不见时以及有大量焊点不
可测试时。焊点不可测试的例子为冗余连接和
背靠
背BGA，此时BGA扇出的导通孔难以接近
且没有足够空间设置额外测试点。X射线法可作
为所选测试工艺的补充并能给生产线提供快速
反馈。根据所使用的X射线系统的能力，X射线
能探测到与焊接相关的缺陷，如桥接、焊点开
路、焊料不足和焊料过多。其它诸如焊球缺失、
偏移以及封装爆米花效应等缺陷也能识别。除
了缺
陷探测外，X射线也能提供焊料体积和焊点
形状的趋势分析。X射线是发现BGA焊点空洞唯
一的非破坏性方法。
图7-18显示了在被测样品上方使用X射线的X射
线设备原理；某些设备的射线管在试样下方或
与试样成某个夹角。该图给出的一般特征对大
部分X射线系统都适用。X射线检测已成为对焊
点评估和分析的公认
工具，并作为再流焊工艺
的监控。通过理解X射线图像采集原理可最有效
地运用X射线检验技术。
X射线在确认BGA焊料结合完整性以及对再流焊
工艺监控是有效的。掌握下面知识可最有效地
运用X射线检验技术：
• X射线图像采集原理
• X射线图像分析（根据再流焊工艺）
使用X射线需要注意对易受损害材料或元器件的
过度曝光。图7-19和7-20展示了关于BGA连接界
面空洞或焊
球缺失的X射线图像特征。
7.3.2 X射线图像采集
7.3.2.1 胶⽚基的X射线检测 基于胶片的X射
线检测系统运用了工业X射线机柜和X射线胶片
盒，在胶卷上记录X射线图像。然后通过胶片视
频播放机观看以实现高放大倍率的细节检查。
这个过程很费时，但可以展现更细微和色调更
准确的X射线图像。
7.3.2.2 实时X射线系统 实时X射线检测系统
使用了一个X
射线源，以及一个将不可见的X射
线图像转化为视频播放信号的检测器系统。这
些系统可提供样品的即时成像结果。由这些系
统所成的图像不应失真或包含由X射线系统自身
所导致的伪影。图7-21展示了人工X射线检测系
统所期望得到的同等级别的图像质量。图7-22展
示了枕形失真和电压过曝的例子。可用的实时
系统尺寸范围很广，从小型桌面系统到大型落
地式操
控系统。可用的X射线源电压范围也很宽
广。对于BGA的检测并没有具体的电压规定。
图7-17 如果点胶区域胶太少，冲击后典型的⾓落点
胶失效模式 – 阻焊层剥离板⼦和未保护 到焊点
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