【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第45页
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 …
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
IPC-7095C-C 2013年1月
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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，
2013年1月 IPC-7095C-C
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具有提供气密性封装的能力。但是对陶瓷基板
材料，确实有许多批评者，比如它通常更贵、
更易碎，具有较高介电常数（延缓信号传播），
并且热膨胀系数比通常安装的典型电路板结构
要小得多。最后一点是一个主要问题，它既要
限制封装的总体尺寸同时需要使焊球触点尺寸
最大化，以使封装组装后达到可接受的焊点可
靠性。
4.6.1.5 挠性（ 未加强）基膜
挠性基膜已逐渐成
为BGA构造中的常见选择，此类构造最普通的基
膜为聚酰亚胺。聚酰亚胺有许多吸引人的属性，
使其成为BGA基板的合适选择。聚酰亚胺薄膜
提供的正面属性为极高温度上限（~250°C）和
相对低的介电常数（约3.5，FR-4约4.5，陶瓷约
10.0）。此外，聚酰亚胺材料很薄，更容易生产
出高密度面阵列封装所普遍要求的细线电路特
征。
从负面
角度来说，非增强或挠性材料的主要问
题一直是其尺寸稳定性。
材料增强提供增加X-Y轴CTE性质的物理特性。
X轴和Y轴是当封装组装到互连产品时，影响封
装焊点应力的互连产品特定部分。除此之外，
聚酰亚胺膜通常比其它加强有机基材更加昂贵
并相对较易受潮。另一方面，由于聚酰亚胺膜
更柔和，它会吸收而不是传递应力。
4.6.2
基板材料性质 关于基板材料规定并量
测了许多性质，但只有很少的性质被认为对最终
BGA成品的性能是关键的。
4.6.2.1 热膨胀系数（CTE） 热膨胀系数是BGA
基板的一项非常重要的物理属性。热膨胀系数
定义为当温度上升时材料的膨胀率。当BGA封
装与其安装的电路板结构存在较大的CTE差异
时，其重要性就会被放大。当CTE差异较大时，
焊球连接处会出现过度的应力和应变并
导致焊
点加速退化。
4.6.2.2 玻璃化温度（T
g
）玻璃化温度是材料由
刚性玻璃态向柔性橡胶态进行转化时的温度。
同时玻璃化温度也是材料强度开始降低而以更
高的速率膨胀时的温度（也就是CTE增加）。
4.6.2.3 弯曲模量 弯曲模量作为基板刚度或硬
度的度量很重要。对于BGA的影响通常会表现
为翘曲的程度。如果翘曲过大，这会显著地影
响电路板组装良率。
4.6.2.4 介电性质 在介电性质
总标题下包括几
个指标，如介电常数、消耗因数、介质耐压和
表面绝缘电阻等，这些性质很重要。此外，对
于电脑、便携式通讯产品和需更高处理能力的
模块而言，信号速度和完整性是至关重要的。
当系统设计运行在200-300MHz以上而继续使用
FR-4材料时，更高性能能力的需求将是显而易
见的。随着处理速度持续增加，有必要降低材
料的介电常数和
损耗因子。更加先进的基板材
料系统可以提供稳健的方案，比如，氰酸脂提供
114cm/nsec的信号传输速度，相比较普通的FR-
4环氧树脂材料为100cm/nsec。在选择先进材料
表4-8 IPC-4101C FR4 属性总结 – 规范表，预计更耐受⽆铅组装
属性
IPC-4101B规格书
/99 /101 /121 /124 /126 /129
最小T
g
(°C) 150 110 110 150 170 170
最大T
g
(°C) /A/A/A/A/A/A
最小Td (°C) 325 310 310 325 340 340
填料 yes yes no no yes no
阻燃剂 RoHS BR RoHS BR RoHS BR RoHS BR RoHS BR RoHS BR
易燃性 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
最大Z轴向CTE – alpha 1 60 60 60 60 60 60
最大Z轴向CTE – alpha 2 300 300 300 300 300 300
最大Z轴向CTE (50-260°C) 3.5 4.0 4.0 3.5 3.0 3.5
T-260(分钟) 30 30 30 30 30 30
T-288(分钟) 5 5 5 5 15 15
T-300(分钟) AABUS AABUS AABUS AABUS 2 2
UL最大工作温度(°C) AABUS AABUS AABUS AABUS 130 130
IPC-7095C-C 2013年1月
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