【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第52页
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…
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
IPC-7095C-C 2013年1月
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率远高于X-Y平面，尤其当温度高于T
g
时。Z轴的
膨胀对镀覆孔和导通孔可靠性有极大的影响。
表5-1显示了各种增强树脂类的环境性质。所有
的热膨胀是以每摄氏度温度变化产生的每百万
分单位的变化来度量的。
5.2.3.2 玻璃化温度 玻璃化温度是增强材料和
树脂系统从线性系数热膨胀转化为膨胀速率高
很多的材料性质。玻璃化温度（T
g
）表明了树
脂的分子结构由玻璃态转化为无定形态的温度
范围；这些不同的分子结构可导致非常不同的
物理性质，这种情况多发生在树脂系统的温度
超过其固化聚合态时。当规定温度以更快速率
升高时，通常在Z轴方向上材料会膨胀，尽管仍
保持为线性关系（mm/mm厚度）。表5-1表示多
种类型材料的玻璃化温度下的一些特
质。图5-2
以图示的方法解释了此概念并展示了不同树脂
可能如何表现。
不同树脂制成的层压板的玻璃化温度不同，导
致耐高温能力不同。温度高的无铅工艺需要更
高性能的层压板，这些层压板价格通常更高。
玻璃化温 度 可通过 三种 方 法 （TMA、DSC、
DMA）测量。通过TMA法 得到的数据与可靠
性问题的评估是最相关的。此三种方法得到的
数据关系可非常粗略地表示为：T
g
(TMA)≈T
g
（DSC）-10°C≈T
g
（DMA）-20°C。
5.2.3.3 吸湿性 大部分有机材料具有某种程度
的吸湿性，并会以不同速率吸收水分，某些材
料的吸水速率相对较快。湿气的吸收改变了材
料的电气性能，比如损耗正切、材料的工艺特
性，因为排气会引起气泡。它也会影响物理尺
寸和层压板重量。因此，可以用一个简单的方法
来确定吸湿性，在已定义的潮湿暴露
条件下，
通过记录重量的增加来确定材料吸收的水分。
表5-1展示了本章节所重点说明过的各种材料的
重量与水分吸收速率的关系。IPC-6101定义了
减少吸湿性的包装标准和确定印制板中水分含
量的测试程序。
5.2.3.4 ⽆铅⾼温焊接的可靠性问题 无铅焊料
焊接需要较高温度，这带来了印制板树脂的耐
久性和印制板电路板互连结构（如镀覆孔和导
通孔）的完整性相关的可靠性问题。在此方面最
重要的性质为分解温度、热膨胀和玻璃化温度。
分解温度（T
d
）是树脂开始进行不可逆的分解
并损失重量时的温度；通常重量损失2%或5%时
测到的温度。温度范围为50-260°C的热膨胀，
TE％（50-260°C），是玻璃化温度上下热膨胀的
复合。
IPC-7095c-5-2-cn
图5-2 T
g
以上温度膨胀率
膨胀率
T
g
-1
T
g
-2
树脂层压体系1
树脂层压体系2
温度
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