【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第44页
构 并 内置于插座 本 体 ， 或 者 一个 独 立 式 的 加载 机构 （ ILM ） ， 它 通 过再流焊焊 接 至 电路 板 之 后 进 行 安装。 加载机构 利 用 一个 杠 杆 ， 当 其 闭 合 时，有一个 向 下的力作 用于插 针 。 LGA 和 PGA 插座设 计 使用 了 扣 在 插座 上方的贴装 盖 。 这些 盖 可同时 起 到 保护 触 片 以 及 为贴装 设备 吸嘴 提 供 平整 表面 吸 起 插座 的 双重 作…
μPILR封装器件的电路板组装采用最常见的表面
贴装工艺，从焊膏印刷开始，经过贴片和再流
焊接。成功用于印刷的模板为100μm厚的不锈钢
薄板，上 有 激光切除的270μm的方形开孔。由于
模板开孔很小，这种应用的焊膏型号推荐使用5
号尺寸的焊粉。节距为0.40mm的元器件的精确
贴装也非常关键。当贴装超密节距阵列器件时，
机器的贴装精度必须满足±20μm的范
围以保证
所有连接点有合理均匀的焊料填充。
4.5 BGA连接器和插座
4.5.1 BGA连接器材料考量 图4-22所示的BGA
连接器设计在两个电路组件间提供相对低外形
的水平或平行接口。为这种应用设计的材料已
开发出来以承受与表面贴装相关的再流焊接温
度，并在典型产品用途的各种环境条件下提供
可靠的互连。
弄清楚连接器系统的材料性质很重要。在产品
寿命周期之内，电路板组件会经历许多不同的热
循环，这些热循环会导
致组件中的元器件材料
包括BGA连接器的膨胀和收缩。由于连接器和
印制电路板基板之间的热交互作用，因此选择
BGA连接器的材料很重要。特别地，BGA连接
器材料与印制电路板基板材料间匹配的热膨胀
系数（CTE）对 于封装和焊点的可靠性很重要，
CTE的大致匹配可确保热导致的应力最小。
4.5.2 BGA连接器的连接考量 BGA连接器贴装
并焊接到PCB基板上 需 要解决几个事项，一些
BGA连接
器设计，没有提供它们用标准的SMT
吸嘴来真空拾取。在这种情况下，有以下两种
选择：
1) 使用定制的吸嘴进行机械吸盘拾取
2) 设计带有盖子或其它临时吸附表面的BGA连
接器，这样可用标准的真空吸
这两种选择对于生产都是可行的，最佳的选项主
要取决于连接器的设计。取决于连接器材料，
需要检查再流焊曲线并与连接器材料的T
g
温度
相比较。当连接器的温度增加超过了T
g
点，连接
器有向板内拱或向板外翘的倾向（翘曲）。实际
弯曲的表现与连接器几何尺寸、连接器材料以
及连接器焊球与基板之间的表面张力相关。这
项分析也包括为实现成功焊接的连接器共面度
要求。再流焊过程中的材料性质表现和连接器
的整体尺寸决定了连接器焊球共面度要求。通
常，BGA连接器的共面度要求比BGA IC的要求
更加严格，部分原因为BGA连接器尺寸更
大。
4.5.3 BGA材料和插座类型 设计BGA插座是
为了给处理器或其它元器件与电路板之间提供
接口。这些插座主要由能承受高达265°C再流焊
温度的玻璃聚合物材料制成。玻璃聚合物材料的
一大优点是其具有与电路板较为接近的热膨胀
系数。插座和电路板之间的界面采用了BGA技
术，基于它们要配合的封装元器件界面，有两种
不同的设计方案。第一种是针栅阵列（PGA）
元器件，另一种是盘栅阵列元器件。
PGA元器
件的插座通常为零插拔力（ZIF）类型，它利用
了一种凸轮螺母移动盖板以让插针落入，向前
推动插针并压入触片，从而提供电气连接所需
的负载。（见图4-23和图4-24）
而另一方面，LGA插座则使用折弯成某一精确
角度的触片来与封装上的连接盘相接触。封装
必须施加一向下的压力以推动PGA的插针向下
靠着
连接器触片。因此就需要一个加载机械机
图4-22 BGA连接器
IPC-7095c-4-23-cn
图4-23 PGA插座引脚
插座接触点
PGA引脚
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构并内置于插座本体，或者一个独立式的加载
机构（ILM），它通过再流焊焊接至电路板之后
进行安装。加载机构利用一个杠杆，当其闭合
时，有一个向下的力作用于插针。LGA和PGA
插座设计使用了扣在插座上方的贴装盖。这些
盖可同时起到保护触片以及为贴装设备吸嘴提
供平整表面吸起插座的双重作用（见图4-25和图
4-26）。
图4-24 带有和不带有贴装盖的PGA插座
IPC-7095c-4-25
图4-25 LGA接触引脚
图4-26 带有和不带有贴装盖的LGA插座
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4.5.4 BGA插座连接考量 如同其它BGA器件
一样，成功连接BGA插座有许多类似的要求。
在再流焊之前和再流焊过程中保持合适的焊球
共面度并对插座的翘曲进行控制是很重要的。
BGA插座操作比起其它BGA元器件更加关键，
原因在于焊球是与插座浆叶相连而并非直接与
元器件本体或基板相连。如果受到撞击，该浆
叶很容易会弯曲，使焊球无法保持对齐而导致
短
路或开路。另外一种常见缺陷类型为归属于
枕头效应类别的开路。这些开路缺陷的主要原
因为翘曲，常见于插座的角落焊球。除了采用
能在再流焊期间保持相对平坦的插座之外，还
可采取几种方法来减轻这影响。
处理器插座中央有一个开口允许在器件底部放
置电容。由于插座覆盖有用于拾取的盖子，这
会造成再流焊过程中空气有点不流通的空间，
使得
最靠近此空穴的焊球温度会比外排焊球温
度低。因此必须要特别注意再流曲线以使内外
排焊球之间的温度差趋于最小。较小温度差有
利于将再流焊过程中的插座翘曲最小化。要减
少开路的另一个方法是增加焊膏量，尤其是增
加有问题区域的焊膏量。增加模板厚度并非总
是可行的，所以增大模板开孔的尺寸可以作为
一个替代选择。通常
来说，在创建再流曲线时
最好遵照焊膏制造商的建议；但是确保最高温
度、保温时间，以及高于液相线时间不处于下
限也有助于避免枕头效应开路。
4.6 BGA构造材料
4.6.1 基板材料类型 BGA构造中使用到许多不
同的材料。材料的选择取决于很多于因素，包
括成本、使用环境、可靠性要求等等。材料选
择也取决于BGA制造所用的工艺以及将芯片I/O
以引脚面阵列形式重新分配时的设计复杂度。
基材的选择不仅依
据它们的电气特性，而且要依
据它们的机械属性。大部分元器件制造商要求
用于I/O端口重新分配的材料必须满足JEDEC标
准，JESD22测试方法A102B规定的应力测试。
这项测试包括在压力容器中暴露持续168小时。
这项严苛的加速应力测试要求只能使用最稳健
的材料作为中介基板。
4.6.1.1 双马来酰亚胺三嗪-玻璃（BT）双马来
酰亚胺三嗪树脂结合使用玻璃纤维增强物是制
造BGA封装
基材的常见选择。这种材料有多种
货源并能提供良好的散热性能（基于具有相对
较高的玻璃转化温度）。此外，BT树脂的电气性
能（IPC-4101/30 T
g
范围170-220°C）适用于大
多集成电路封装应用。
4.6.1.2 环氧树脂玻璃（FR-4）阻燃环氧-玻璃
复合物可用于BGA封装，但此材料最常用于印
制电路板制造。高T
g
FR-4层压板（四官能团、
多官能团）已主要用于多层电路板的制造，但
此材料同时也适合BGA封装。环氧树脂材料配
方的最新进展已使高温性能大大得到改善，以
及在玻璃转化温度方面可与BT匹敌。BGA构造
中使用FR-4树脂系统的另一优点是CTE更接近
匹配于其安装的电路板。IPC-4101已得到很大
的扩充以满足符合RoHS以及无铅焊接要求。已
能按组分配制出合成
物能在焊接过程中（该工
艺可能超过260°C）使分解率和Z轴过度膨胀最
小。由于制造商使用变化多样的配方来制造环
氧树脂玻璃基材料，用单张规范表单表达已不
切实际。RoHS符合性规范有六份，分别为IPC-
4101/99，/101，/121，/124，/126和/129。成分
元素略有差异，T
g
的范围介于110°C至170°C，
分解温度(Td)的范围介于310°C至340°C。所有
材料的UL阻燃等级为V-0（见表4-8）。
4.6.1.3 FR-4的阻燃剂 关于制造FR-4复合材料
时 使用的 阻 燃 剂 ，RoHS指令禁止使用某些溴
化合物，但没有禁止用于基板制造中目前作为玻
璃增强基材的阻燃溴化物材料。RoHS列为非法
的含溴化合物是那些在聚合物基体中保持
独立
分子的物质。这些物质包括多溴联苯醚（PBDE）
或多溴 联 苯 氧 化 物 （PBBO）和多 溴 联 苯
（PBB）。符合RoHS的含溴化合物包括起反应变
为聚合物基体化学成分一部分的那些物质，如
四溴双酚A（TBBPA）。符合RoHS并不代表基材
必须无卤。某些含溴阻燃剂包括FR-4中最普遍
的含溴阻燃剂
TBBPA，已被RoHS接受，十溴联
苯醚（DBDPE）也已得到了RoHS的豁免。
4.6.1.4 陶瓷 陶瓷是用作基于矾土或氧化铝基
板的通用分类术语。陶瓷是最先以针栅阵列的形
式作为面阵列封装的材料之一，同时也是最先
用作构建最早期BGA的封装材料。陶瓷基板有
较高的热传导率，且采用腔体加盖子的形式，
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