【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第51页
5.1.3 分层（多层 、顺序 或 积 层） 尽 管 单、 双 金属层 电路 使用 依 然 很 普 遍 ， 但 需 要 多层 互 连 结构 以 支持 当 今 高性 能电子中的 BGA 互 连。 制造多层 电路 板产品 有 数 种 方 法 ， 传统 的 多层 板 是 通 过印 刷 和 蚀 刻 覆铜基板 的 薄 层 ，然 后 经 层压 成为一个 整体结构 ， 该 结构 可通 过 钻 孔 和 电 镀将 层 间在 需 要的 地 方连接 起 来。…
4.8.5 湿度敏感度（烘烤、贮存、操作、再烘
烤）J-STD-020和J-STD-033规定了湿度敏感要
求。J-STD-033提供了关于潮湿敏感元器件操作
的信息。
元器件湿敏性可分成如表4-10所示的八种级别。
这些分级定义了元器件从密封包装袋取出之后
可以存放在生产车间的时间。暴露在周围空气
中超过规定的时间的元器件，使用之前必须再
烘干，以排出过多已吸收的湿气。
许多BGA为湿度敏感器件；特别要小心载带球
栅阵列（TBGA）和倒装
芯片密节距球栅阵列元
器件（FBGA）。陶瓷BGA/CGA通常对湿气不敏
感。J-STD-020限制了允 许 封 装 吸 收湿气的时
间，但建议BGA至少满足等级3的规范。站在制
造操作的角度，特别不想要湿敏等级5和等级6
的器件，因为它们需要额外的车间和元器件处
理的管控。对于湿敏等级6的器件，必须备有烘
烤炉。取决于封装的厚度
和尺寸，烘除需要在
125°C的 环 境 下 进行4至48小时 或 在 40°C环境
下进行5至68天。为了将湿气从BGA元器件里排
出，应该建立一个推荐的烘烤周期。需要注意
的是无铅焊料需要较高的再流温度，这需要一
个更严格的除湿烘烤周期。
4.8.6 运输媒介（载带、托盘、管） 同所有
表面贴装元器件一样，BGA器件应采用满足适
当标准或规范的静电
放电（ESD）材料予以包
装。由于许多BGA为湿敏类型，BGA器件应该用
JEDEC承认的、能耐受多个烘烤循环的矩阵托
盘包装。对于不同等级的湿度敏感器件，要求
的烘烤温度和时间见4.8.5节。
为了组装周转更快，优先采购卷带包装形式的
大批量元件，如SRAM和DRAM器件。元器件大
小和湿度敏感问题使得卷带包装不适用于某些
BGA。宽达56mm卷带是可
用的，且应至少提供
200mm的卷带“料头”。烘烤卷带中的元件要小
心，因为这类包装的烘烤温度通常受限制而比
矩阵托盘的烘烤温度要低。
4.8.7 焊球合⾦ 随着BGA元件编号的变化，
元器件制造商应建立一种方法以清楚识别BGA
焊球采用的焊料合金的金相。J-STD-609提供了
一种方便的方法来识别BGA焊球合金。客户
可
能会通过使用诸如X-射线荧光（XRF）的筛选
方法来验证BGA合金。
5 印制板及其它安装结构
印制板（PBs）和其它类似类型的互连平台作为
BGA和其它元器件的安装结构。有多种多样的
安装结构可实现各种互连基板要求。这些结构
使用了广泛的材料：既有有机的也有无机的，
它们具有宽泛的物理性质。材料的选择通常是
基于成品价格/性能的需求。
5.1 安装结构类型 以下是对一些较
常用的安
装结构基板的评估。
5.1.1 有机树脂系统 有机基板最常用于构建
电子互连结构。有机类基板在全球范围内已建
立起完善的生产基地。庞大生产基地的结果使
得在各种竞争性技术中采用此结构的有机材料
的成本最低。有机材料具有内在的良好电气性
能，最显著的是其相对低的介电常数，通过选
择树脂和增强材料，其值会更低。通常用玻璃
布来
增强刚性有机基板，挠性基板通常无需增
强。
5.1.2 ⽆机结构 无机基板是有机基板的替代
品，它们通常为由烧结金属氧化物构成的耐火
材料。尽管它们通常很脆，但是它们拥有一些
有机材料不具备的显著优点。
优点中首要的是出色的热性能。如同有机基材，
它们也有许多材料可供选择：陶瓷、硅片和陶
瓷金属。这些材料比有机基材表现
有更好的介
电性能。由于很脆，所以一般很容易破碎。由
于无机材料供应基地更有限，所以这些材质一
般都比较贵。
表4-10 潮湿敏感等级和车间寿命
等级
当⼯⼚环境≤30°C/60%RH或规定条件
下的车间寿命（从包装袋取出）
1 当≤30°C /85% RH时，无限制
21年
2a 4周
3 168小时
472小时
548小时
5a 24小时
6 使用前强制烘烤。烘烤后，必须在标签注明的时限
内完成再流焊
IPC-7095C-C 2013年1月
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5.1.3 分层（多层、顺序或积层） 尽管单、
双金属层电路使用依然很普遍，但需要多层互
连结构以支持当今高性能电子中的BGA互连。
制造多层电路板产品有数种方法，传统的多层
板是通过印刷和蚀刻覆铜基板的薄层，然后经
层压成为一个整体结构，该结构可通过钻孔和
电镀将层间在需要的地方连接起来。
但最近已研发了替代结构以解决与BGA相关的
高密度和布线困难
问题。这些新结构使用许多
不同的方法以形成适合的多层结构。这些新结
构分别称作积层多层、顺序多层和层压多层。
这些结构的一个关键特征是使用非常小的导通
孔。术语微导通孔用以描述这些极细小的互连。
典型的微导通孔直径小于150μm，并且有一个诱
捕连接盘（导通孔起始点）和一个更小的目标
连接盘（导通孔终止点）。图5-1所示为不同的高
密度互连印制板（HDI）
（见IPC-2226）。
5.2 安装结构性质
5.2.1 树脂系统 有许多不同树脂系统适用于有
机层压板结构。传统的树脂系统具有为人所熟知
的悠久历史，并且值得信赖。然而为了支持欧盟
无铅法规要求的运动，许多新树脂正被开发以
满足再流焊更高温度组装的要求。测试方法也
已得到开发，如Td（分解温度）和T260、T288、
T300（分层时间），要量化材料的属性以符合新
欧盟要求。一些新的树脂系统归类在IPC-4101的
分标准中，如4101/99、
/101、/121、/124、/126
和/129。
5.2.1.1 环氧树脂 环氧树脂是使用时间最长的
有机树脂，也 是 印制电路板最常 用 的 树脂之
一。在合理的成本内，它综合提供了良好的物
理、电气和加工性质。表5-1提供了它们的常规
性能。对于无铅应用，已开发了较高耐温能力
的环氧树脂，可以以较低的成本获得。
5.2.1.2 聚酰亚胺 当前使用的树脂系统中，聚
酰亚胺提供了最高的工作温
度，它在军事应用
中一直受欢迎。预期在该应用中，现场存在对
板子用不受控的焊接工具进行返工和返修的可
能。由于它的玻璃化温度高，当用不受控的焊
接烙铁拆除或更换元器件时，聚酰亚胺可提供
了一个安全余量和潜能以减小对板子的损伤。
表5-1提供了它们的常规性能。
5.2.1.3 双马来酰亚胺三嗪 因为结合了在合理
成本下的高温能力，双马来酰亚胺三嗪BT树脂
是
BGA封装构造中最常见的选择。表5-1提供了它
们的常规性能。
IPC-7095c-5-01a,b,c,d
图5-1 不同积层结构⽰例
A. 穿孔后共压结构 – IV型，HDI构造
B. 顺序积层多层 – II型，HDI构造
C. 具有外部微导通孔层互连的⽆源基板 – IV型，HDI构造
D. 填塞导通孔，顺序共压基板 – ⽆芯V型，HDI构造
A
C
B
D
2013年1月 IPC-7095C-C
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5.2.2 增强材料 增强材料提供了尺寸的稳定
性和大部分有机基板层压板的机械性能，以下
是一些更常用的增强材料。
5.2.2.1 玻璃纤维布 玻纤布是PCB基板最常用
的增强材料。它们使用广泛并且加工相对容易，
可以得到许多不同厚度和织法的玻纤布。玻璃的
化学成份会有变化并且会影响电气性能。目前E
类型的玻璃纤维是印制板基板最常用的玻璃纤
维布。
5.2.2.2 玻璃毡 玻璃毡或非编织
玻璃纤维毯常
被作为氟树脂的增强材料，普遍用于低损耗、
射频或微波应用。这种材料有时也可见于成型
层压板。
5.2.2.3 芳纶布 芳纶布已用于增强某些层压板。
特别的是，它在X和Y方向有负膨胀系数，有助
于抵消树脂的面内CTE。由于作用相反的膨胀
和收缩，此层压板材料组合能近似地匹配陶瓷的
CTE。然而，芳纶布材料一个缺点在于其在Z轴
方
向上的CTE比玻璃纤维高，当温度变化时会
导致周围树脂发生断裂，沿着纤维表面留下微
裂纹。
5.2.2.4 芳纶纸 由于缺少制造资源，无纺芳纶
纸的供应量已减少了。芳纶纸在许多多层层压
板制造中得到了有效的使用，它们具有芳纶布
的大部分优点并有更高的工艺宽容度。它们通
常用于印制板表面或靠近表面的薄芯层，以便
更好地控制热膨胀系数。由于芳纶纤维是有机
的，
具有更易于被激光切割处理的额外优点，
并且孔加工也可以使用等离子蚀刻处理。该材
料的这种有机性质也可助于保持低介电常数。
5.2.3 层压板材料性质 各种各样的材料性质对
BGA基板制造时层压板的选择很重要。
5.2.3.1 热膨胀 热膨胀通常根据X-Y平面内的
变化来表征，基本受控于材料的增强程度。X-Y
平面内的膨胀将对表面贴装
元器件及其可靠性
产生最大的影响。热膨胀也会发生在Z轴且膨胀
表5-1 普通介质材料的环境性能
环境性能
材料
FR 4
（环氧树脂，
玻璃纤维）
多功能
环氧树脂
⾼性能
环氧树脂
双马来酰亚胺三
嗪/环氧树脂 聚酰亚胺 氰酸酯
热膨胀系数，XY平面，CTE(XY)
(ppm/°C)
16–19 14–18 14–18 ~15 8–18 ~15
热膨胀系数，低于T
g
1
时Z轴方向，
CTE(z,<T
g
) (ppm/°C)
50 – 85 44 – 80 ~44 ~70 35 – 70 ~81
热膨胀系数，高于T
g
1
时Z轴方向，
CTE(z,>T
g
)(ppm/°C)
240 – 390 240 – 390 240 – 390 TBD TBD TBD
Z轴热膨胀，TE(50–260°C)(%) 3.0 – 4.5 2.5 – 4.0 2.0 – 3.5 TBD TBD TBD
玻璃化温度
2
T
g
(°C) 110 – 140 130 – 160 165 – 190 175 – 200 220 – 280 180 – 260
分解温度
3
Td (5%)(°C) 310 – 330 320 – 350 330 – 400 ~334 ~376 ~376
焊接温度影响指数
4
，STII 170 – 205 200 – 220 215 – 260 TBD TBD TBD
弯曲模量(Gpa)
纬线
5
经线
6
18.6
12.0
18.6
20.7
19.3
22.0
20.7
24.1
26.9
28.9
20.7
22.0
抗拉强度(Mpa)
纬线
5
经线
6
413
482
413
448
413
524
393
427
482
551
345
413
吸水率(wt%) 0.5 0.1 0.3 1.3 1.3 0.8
1. CTE (z,<T
g
)也称为α1，CTE(z,>T
g
) 称为α2。其它材料的具体值请联系供应商；
2. 玻璃化温度可通过三个不同的方法(TMA, DSC, DMA)来测量。若以评估可靠性为目的，通过TMA所得的值最贴切。通过这三个方法得到结果
的粗略关系为T
g
(TMA)≈T
g
(DSC) -10°C ≈ T
g
(DMA) -20°C。其它材料的具体值请联系供应商；
3. 分解温度可以测量出两种不同的失重值，Td (2%) 和 Td (5%)。Td (5%)更常用，但Td (2%)因为它更实用而变得很流行。其它材料的具体值请联
系供应商；
4. 焊接温度影响指数STII，定义为 STII = T
g
/2+Td/2- (TE% (50至260°C) x10)；
5. 纬线-横向织入织物的纱线；
6. 经纱（织物）-纵向织入织物的纱线
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