【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第23页
必 要的， 但配 置 足 够 多 的测 试点 对所有 焊点 进 行完 全 测 试 可能有 困 难 。 需 要一 些替 代测 试 方 案 ， 如 在 BGA 器件内设 计 边 界扫描 功 能， 减少 I / O 扇 出 探 测 点 的 数 量。为了 改善 测 试 能力，有 的 BGA 在 其封 装 顶 部 设置 了测 试点 。 这 并不 是 个 好 方 案 ， 因 为 它 对 BGA 元器件及其焊点施加 了 压 力。 3.2 投放市场准备…
焊接。BGA的维修和检验相当困难的。配置有
焊膏沉积、预热及视觉功能的返修台不是必须
的，但却是非常有帮助的。X射线和光学检测能
力（内窥镜）有助于工艺开发。
3.1.4 模板要求 当使用节距更小的BGA元器
件时，模板厚度需要减小。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。模板梯形开孔（在底部的开口略比顶部
大）有助于更好地使焊膏
脱模。通常而言，对
于节距为1.25mm和1.00mm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。
为使模板开孔与密节距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。随着
相连的连接盘图形尺寸以及它们的节距越来越
小，标准IPC-7525提供了详细的说明以帮
助作
出合适的决定。
3.1.5 检验要求 同任何表面贴装元器件一样，
BGA一旦贴装完毕就不可移动，因为这会使焊
膏模糊而造成桥接。尽管有些偏移目检即可发
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
前将其从电路板上移除，并在之后进行返工。
尽管对于大批
量生产并不实际，在拆除BGA之
前用X射线或者光学检测仪器（内窥镜）进行不
良检查或许是需要的。
3.1.6 测试 在使用BGA前要开发测试方案。
由于焊点不能直接探测到，所以设计测试点是
包覆成型环氧树脂
BT基板
金属线键合
晶片连接
焊料球（锡63铅37）
硅片
IPC-7095c-3-6-cn
图3-6 塑封球栅阵列，芯⽚⾦属线键合
IPC-7095c-3-7-cn
图3-7 球栅阵列，倒装芯⽚键合
高温熔融焊料或Z轴互连材料
阻焊层
环氧树脂底部填充
铜电路和电镀通孔
导热孔
焊球
IC芯片
高性能层压材料
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必要的，但配置足够多的测试点对所有焊点进
行完全测试可能有困难。需要一些替代测试方
案，如在BGA器件内设计边界扫描功能，减少
I/O扇出探测点的数量。为了改善测试能力，有
的BGA在其封装顶部设置了测试点。这并不是
个好方案，因为它对BGA元器件及其焊点施加
了压力。
3.2 投放市场准备 将BGA安装在产品上之前，
重要之处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，上市
时机非常可能会受到不利影响。好的方法是，
在安装到实际产品之前，先进行研发和技术验
证。不然如果在产品和技术上出现问题，会错过
出货的截止日期。为了确保上市前准备就绪，
需要分析BGA实施方法和工艺流程。
3.3 ⽅法 在尝试平衡尺寸、成本以及功能之
间的关系而进行设计决策时，必须考虑一些因
素。除了这些考虑之外
，产品也必须在预想环
境中，在其预期生命周期之内能够可靠运行。
封装的选择会受到可靠性因素和环境条件如温
度变化、热冲击和湿度的影响。
3.4 ⼯艺步骤分析 有效地使用BGA有一些可
用的途径，每个途径的详细程度取决于公司目
前有什么设计和组装设备，以及这些设备能多
快地完成生产准备工作。下面提供了一种方法
的示例：
1. 选出使用BGA
的候选产品名单。
2. 基于计划产量，开发一份设备清单。如果公
司内部没有充分的专业知识，有必要利用有
声誉的培训中心或者咨询师以节省成本和时
间。
3. 组建有设计、制造、测试、质量管理以及采
购人员代表的一个团队，此团队负责元器件
及设备的选择和评估。
4. 开发一份强调 BGA可 制造性的详细设计指
南，尽可能采用现行的标准。
5. 设计候选产品，从已使用密节距元器件的现
有产品开
始转换。
6. 确定无铅产品的需要，这包括用于元器件上
的合金以及贴装基板所需的表面处理类型。
7. 实施严格的组装和测试评估。仔细监控元器
件采购 过程，以确保元器件符合规定的包
装、运输方法、金属化、可焊性以及在发运
容器中的定位。
8. 开发综合性工艺标准和良好的统计过程控制
系统。
9. 设计其余的候选产品。
鉴于元器件需同时满足客户要求和符合新的环
境法规
，许多客户需要列出有元器件级和完整
组件级的所有材料的报告。为了帮助厂家推进
这项工作，IPC已经制定了针对材料申报的标准
IPC-1751和IPC-1752，同时也鼓励软件供应商研
发可用 的工具 来 满 足 那 些 标准要求。已建立
一个正式申报系统，因为汽车工业已受到欧盟
“报废车辆”指令的挑战。
为表示产品中可能会出现 的各种材料性质范
围，表3-3给出了可能用于表面处理的材料以及
当二级互连时被加入组件的材料清单。
3.5 BGA的局限性和问题 尽
管BGA技术已成
为行业主流，但这项技术仍有一些需要考虑的
决策。这些是商业和技术上的问题而需要予以
解决。这些特别关注的领域为：
• 外观检验
• 湿敏性
• 返工
• 成本
• 可获得性
• BGA中的空洞
• 焊点开路（BGA或叠装BGA）
• 枕头效应现象
• 标准及其采用
• 可靠性问题
BGA问题并非无法解决，但是这需要专门的工
程资源来研发和实施稳定可靠的工艺。
3.5.1 外观检验 BGA是不
适合于厂商通过检
验和维修来保证质量的封装。除非使用X射线或
光学探测技术，否则无法对BGA的焊点进行检
验。为获得BGA所带来的优势，必须要维持稳
定的工艺控制。由于受 时间和培训限制，许多
厂商发现实施这样严格的工艺控制是一个困难
的尝试。
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有一些BGA外观检验方法能够识别出焊点的问
题，从BGA的外排焊球，可以看到陶瓷BGA非
塌陷焊球以及塑封BGA塌陷焊球的良好流动的
情况。外排目视检查结果可以作为这些问题的标
志，例如查看BGA外排与连接盘的对齐情况，
以及BGA座落在电路板的情况，是水平的还是
倾斜的。
3.5.2 湿敏性 塑料封装的BGA湿敏性极高。如
果BGA封装未进行足够烘烤或者组装前没有保
持干燥，使它们容易出现翘曲、膨胀、爆裂或
者裂纹等情况。元器件贮存和操作程序对BGA/
FBGA是至关重 要的，它对其它任何湿敏元器
件，包括有引线的表面贴装器件也是十分关键
的。
元器件的湿敏性可依据J-STD-020来测试，湿敏
性决定于封装的厚度。 每种BGA封装类型的湿
敏等级都需要分析。
了解BGA封装类型对应的适
用温度是很关键的，适用的温度分别为220°C、
235°C、245°C、250°C以及260°C。如果使用温
度更高，封装类型的湿敏性可能要下降几个等
级。
由于模塑化合物和基材系统的改善，绝大多数
基于层压板的BGA可在高于220°C温度下安装。
密封的陶瓷BGA是非湿敏器件，因此可在任一
较高温度下实现安装。因为向无铅焊接切换，
业界
需要 试 验和验证在更高温度下的工艺，
如260°C，如此高温不仅BGA会面临的严重问
题，所有其它表面贴装器件也会产生问题。
3.5.3 热⾮平衡BGA设计 塑料BGA封装也容
易出现当边缘向上弯曲时的翘曲，这可能会造
成外排焊球没有连接上。封装边缘也可能向下
弯曲，因此可用术语“哭脸”或“笑脸”BGA
来识别这两种情况。所谓的“笑脸”BGA基板
对外
排焊球施压，而“哭脸”BGA基板对内排
焊球连接位置施压。封装翘曲是返工时仅施加
助焊剂时面临的实际问题。大尺寸芯片会引起
PCB和封装层压材料之间CTE不匹配，从而造成
封装翘曲（见图3-8）。
表3-3 可能的电镀或元器件端⼦材料性质
金（Au）
金（Au），电镀
金（Au），硬质
铟 (In)
镍/金(i / Au)，化学镀镍/浸金
镍/金(i / Au)，电解
镍/金(i / Au)，
镍/钯 (i / Pd)
镍/钯/金(i/Pd/Au)
镍/钯/金(i/Pd/Au)，化镍钯浸金
有机可焊接性保护剂（OSP）
有机可焊接性保护剂（OSP-HT），高温
钯(Pd)
铂/钯/银(Pt/Pd/Ag)
银(Ag)
银(Ag)，电镀
银(Ag)，浸镀
银(Ag)，有镍(i )隔离层
银/钯(Ag/Pd)
银/钯(Ag/Pd)，有镍(i )隔离层
锡(Sn)
锡(Sn)，光亮
锡(Sn)，光亮，退火
锡(Sn)，光亮，熔化
锡(Sn)，光亮，再流
锡(Sn)，光亮
，再流覆盖镍(i )隔离层
锡(Sn)，光亮，带镍(i )隔离层
锡(Sn)，光亮，带银(Ag)隔离层
锡(Sn)，热浸镀
锡(Sn)，浸镀
锡(Sn)，亚光
锡(Sn)，亚光，退火
锡(Sn)，亚光，熔化
锡(Sn)，亚光，再流
锡(Sn)，亚光，镍(i )层上再流
锡(Sn)，亚光，带有镍(i
)隔层
锡(Sn)，亚光，带有银(Ag)隔层
锡(Sn)，再流
锡(Sn)，半亚光(Sn)
锡/铋，(SnBi), <5% Bi
锡/铋，(SnBi), =>5% Bi
锡/铋/金(Sn/Bi/Au)
锡/铜(Sn/Cu)
锡/铜(Sn/Cu)，退火
锡/铜(Sn/Cu)，热风表面整平
锡/铜(Sn/Cu)，热浸镀
锡
/铜(Sn/Cu)，亚光
锡/铅(Sn63Pb37)
锡/铅(Sn90Pb05)
锡/铅/银(Sn/Pb/Ag)
锡/银(Sn/Ag)
锡/银(Sn/Ag)，热浸镀
锡/银(Sn/Ag)，电镀
锡/银/铋(Sn/Ag/Bi)
锡/银/铋/铜(Sn/Ag/Bi/Cu)
锡/银/铜(Sn/Ag/Cu)
锡/银/铜(Sn/Ag
/Cu)，热浸镀
锡/锌(Sn/Zn)
锡/锌/铝(Sn/Zn/Al)
锡/锌/镍(Sn/Zn/i)
AC(不适用-必须提供注解)
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