【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_(IPC标准).pdf - 第60页
5.4.2 感 光阻焊膜 感光 阻焊膜 可提 供 精 确 定 位, 施加阻焊膜 容 易 ,能 将 电路 板 上的 导线 全 部 覆盖 , 耐 久 性高 且 比干膜 便 宜。 感光 阻焊膜 既 可 网 印 也 可 用 一 种 被称 为 帘幕 式 淋 涂 的工艺 施加 。在此工艺中, 印制 电路 板高 速穿 过阻焊膜 帘幕 或 瀑 布 。 感光 阻焊膜 与光 敏 聚 合 物液 体 一 起 可能含有 溶 剂 , 如果 溶 剂加 入 到 阻焊膜…

IPC-4553浸银镀层规范,是一份有价值的参考
文件。浸银处理可与SMT、BGA以及通孔元器
件兼容,但并不适用于引线键合。浸银表面处
理 可与大部分阻焊膜兼容。 如果贮存适当的
话,浸银处理的印制电路板的保存期限为6至9
个月,其平整表面可减少模板印刷和元器件共
面问题。
在焊接过程中,银熔于焊料并成为焊点的一部
分,在最终焊点中几乎无法检测到。由于银在
焊 接 过 程中会熔化,焊 料会直接贴附于铜表
面。浸银表面处理在不影响可焊性的情况下通
常可以承受4至5个热循环。浸银与锡铅焊料和
无铅焊料均兼容。
浸银涂覆的PCBA当暴露于空气质量较差的环境
中,易于发生蠕变腐蚀失效,特别是当含硫气
体浓度高于正常水平时。当出现更贵金属时,
铜会与空气中的硫反应形成硫化铜,硫化铜可
溶于水;持续暴露于含硫和潮
湿的环境下,腐
蚀会蔓延到整个电路板中。蠕变腐蚀在所有表
面处理中都会出现,但是浸银比其它表面处理
方式更易与硫和湿气发生反应。最严重的蠕变
腐蚀通常发生在铜与阻焊膜的界面处。另一问
题是焊球和连接盘的界面处出现了微孔和气泡
孔(图5-11)。然而,这个问题好像可以通过最
新的浸银化学药水来缓解。
5.3.3.6 浸锡 浸锡工艺利用了铜表面与溶液中
的锡离子的置换反应,在印制电路板的铜表面
上还原出一层镀锡层。有机物质的沉积为此工
艺的一部分,它减少了纯锡表面预期的氧化。
浸锡可与SMT、BGA和通孔元器件兼容但并不
适用于金属线键合。此工艺的化学药水和工艺
可能与某些阻焊膜不相容。浸锡印制电路板的
保存期限为6个月。以前保存期限非常有限(小
于6个月),但近
年来有了较大的改善(见IPC-
4554)。锡融于焊料中并成为焊点的一部分,在
最终焊点中其几乎无法检测到。由于锡会在焊
接过程中融解,焊料可直接贴附在铜表面。浸
锡与锡铅焊料和无铅焊料均兼容,其平整表面
可减少模板印刷和元器件共面问题。尽管有人
担忧会有锡晶须形成,但只要对电镀过程合理
控制就可以避免这种情况发生。
浸锡处理通 常 在不影响可 焊性的情
况下仅能
承受3个热循环。由于在几个再流焊循环之后浸
锡会出现退化,在波峰焊接中的镀覆孔完整填
充可能会有难度,特别是使用免清洗助焊剂时。
在氮气氛围下进行再流焊接是一个限制退化的
好方法;这种方法可以减少在波峰焊接时由于
通孔填充问题所带来的风险。如有可能的话,
波峰焊时焊料槽上方处于氮气氛围也是一个好
方法。
5.4 阻焊膜 阻焊膜是
一种高分子聚合物涂覆
层,旨在覆盖不需要焊接的所有表面。与复合
层压材料不同,阻焊膜通常是均质材料。顾名
思义,阻焊膜是用来覆盖板上不需要焊接的表
面以防止导体间的桥接。由于无铅焊接工艺的
变化,对于阻焊膜性能的评估被赋予了全新的
含义。
过去,不是所有的电路板都要求阻焊膜,这是
因为导体和连接盘间隔距离相当大,过波峰焊
时不可能引起相邻导体间的桥接。但是随着导
线变细和
节距变小,使用阻焊膜几乎是电路板
在进行波峰焊接时所必须的。对于全部表面贴
装(SMT)而无需波峰焊的电路板来说,需要
塞住或盖住导通孔以为某些ICT测试机提供真空
环境。此外,施加阻焊膜将导通孔塞住或封住
可以让导通孔和邻近导体靠得更近。
5.4.1 湿膜和⼲膜阻焊膜 干膜阻焊膜已不再为
大部分印制电路板供应商所采用。另外由于存
在阻焊膜总体厚度问题
,不允许阻焊坝小于0.25
mm。因此,干膜阻焊膜并不适用于BGA和其它
密节距元器件。湿膜(网印的)仍然可以使用,
但是由于定位困难,湿膜也并不适用于BGA设
计。
图5-11 微空洞⽰例
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5.4.2 感光阻焊膜 感光阻焊膜可提供精确定
位,施加阻焊膜容易,能将电路板上的导线全
部覆盖,耐久性高且比干膜便宜。
感光阻焊膜既可网印也可用一种被称为帘幕式
淋涂的工艺施加。在此工艺中,印制电路板高
速穿过阻焊膜帘幕或瀑布。
感光阻焊膜与光敏聚合物液体一起可能含有溶
剂,如果溶剂加入到阻焊膜,可印刷液态的阻
焊膜。将溶剂在烘箱中烘干,之后以
非接触或
者接触的方式让阻焊膜暴露在紫外光线(UV)
下固化。(若未添加溶剂,液态阻焊膜100%会在
紫外线下反应)。非接触式方法需要平行光系统
以使液态膜中的衍射和散射最小,这使得此系
统十分昂贵。接触式方法不需要平行紫外线光
源,故系统价格相对便宜。
5.4.3 喷射式阻焊膜 已有一种可应用
在极密
节距元器件上的施加阻焊膜新技术。这种技术
使用数码喷墨打印机在印制电路板或其它基板
上印上阻焊膜层。这种阻焊膜材料可直接通过
数码数据和一组分辨率达到750DPI的喷墨打印
头喷涂于基板上。
与传统的四步工艺施加阻焊膜方式不同,这种
阻焊膜层仅需一步就可完成,此阻焊膜材料是
专门研发的可喷射式油墨,它是一种既可热固
化也可紫外固化的不可溶混合系统。
喷涂系统的一些优点是能在密节距连接盘之间
印刷狭窄隔离带以及能对阻焊膜厚度进行严格
控制。不足之处为终端用户必须对油墨做鉴定
而且目前仅有绿色的油墨可供使用。
5.4.4 阻焊膜涂覆时印制板对拼 板 胶 ⽚的对
位 任何表面贴装应用中,拼板单板间的对位
尤为关键。尤其当板子以联板形式制作以便于
组装工艺和产量提高时,板间对位尤为重要。
印制板厂商很自然会以 联 板 的 形式制作印制
板,而组装厂组装时
也想利用多板排列形式的
优点。
任何拼板中单板的定位和方向通常由印制板制
造商自由决定。制造商会优化拼板材料利用率
和按照使用材料可达成的公差条件来制造特定
的电路板。众所周知的是,有机材料易于发生
形变(例:膨胀和/或收缩);因此,基于对材
料的知识和尺寸形变的预测,电路板制造商通
常会调整电路和阻焊膜底片以弥补材料拉伸或
收缩所带来的
误差,这种调整取决于电路、电
路板尺寸和所选阻焊膜材料的性质。
了解组装厂商通常会基于“分步重复”的工艺
来制造模板是重要的。“分步重复”是将某单板
上的要素重复匹配安排到拼板的其它单板中。
确认制造商所提供的 布线图能否精确 地提供
BGA上的连接盘图形与同拼板上的全部子板的
连接盘图形的关系是是至关重要的。组装阵列
的布置不一致会导致组装板焊膏印
刷时出现错
印。
5.4.5 导通孔保护
5.4.5.1 侵⼊孔 侵入孔的概念是允许阻焊膜上
连接盘但未对镀覆通孔进行填充。侵入孔在原
始的阻焊膜开窗大小的基础上调整使其略大于
导通孔大小。
此概念容许镀覆通孔的排气和清洁,提供了更
多的覆盖表面并增加了阻焊膜和铜环连接盘间
的附着力。它也可在连接盘和导通孔间提供更
大的网格
使得在返工拆除BGA时阻焊膜脱落最
小。
5.4.5.2 导通孔掩蔽、堵塞和填塞 导通孔掩蔽、
堵塞和填塞(导电或非导电)是用阻焊膜覆盖
或填充导通孔的技术。这些工艺有几个不同的
目的。导通孔掩蔽、堵塞或填塞通常用于再流
焊和波峰焊的印制板。在某些特定场合也推荐
使用导通孔掩蔽、堵塞或填塞,如板子上BGA
下面有外露的导通孔要过波峰焊时。这种担忧
基于这样的事实,当位
于主元件面的BGA的板子
经过波峰焊时,大量的热可通过导通孔传递,
这种热量是很显著的,因为BGA底部有非常高
的导通孔密度。BGA焊点可能会在波峰焊接时
出现再回流,在没有助焊剂的情况下焊点再回
流会产生冷焊或开路状况。
通孔 灌 淹 或遮蔽操作可以 在表面处理之后进
行。对于OSP和IMAg(浸银)表面处理,导通
孔遮蔽会在表面处理后进行,因为用于清
洗铜
表面的化学物质会被截留在导通孔盖周围。这
些残留的化学物质可能会破坏导通孔壁,导致
导通孔开路。然而,在表面处理之后遮蔽导通
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孔可能会造成某些表面处理(例:OSP、ImAg、
ImSn)退化,主要原因为是在固化导通孔遮蔽
材料时,表面处理受到热暴露。这两个问题在
决定使用导通孔灌淹或加盖时必须加以考虑。
大部分印制电路板供应商会在表面处理之前进
行导通孔灌淹或遮蔽。
目前IPC标准区分有8种不同的导通孔堵塞和遮
蔽方法,可见于图5-12。为保护导通孔 进行掩
蔽、
堵塞和填塞会对之后的组装过程产生直接
影响,认识到这一点是很重要的。
表5-4提供了导通掩蔽、堵塞和填塞的优点和缺
点。这些已知选项的选择取决于制造商和组装
厂的能力。为了避免组装复杂,各制程的参与
人员明白权衡这些选项是很重要的。
5.5 散热器结构整合(例:⾦属芯电路板)当
结构、散热或电气要求有规定时,一种传导限
制芯或金属芯可以植入有机基材中。此处推荐
将印制板线路层布置成相对于金属芯
中心对称
的形式,也可布置相对于金属芯非对称的结构
(例如:金属芯两侧有不同数量的层数);但这
种情况下由于金属芯或限制芯两侧的膨胀会有
差异,穿过整个层叠结构的镀通孔的可靠性可
能会下降。(见图5-13)
采用非对称设计的一个原因是要将电气功能从
机械或散热功能中分开,但是由于材料热膨胀
的差异,这个优点可能会被在焊接操作中(或
在预定
作业环境中的热循环期间)的电路板变
形或翘曲所抵消。
在互连产品的背面添加额外的铜层可达到某些
补偿。额外增加的铜层会使膨胀系数略微增加
同时还增大了焊接的难度,这是因为此时需要
施加更多的热量以确保理想的焊点形成。但其
正面的作用是加强了热传导性。
5.5.1 层压顺序 如前所述,更理想的结构是电
路层相对于所选用的位于板中央的
金属芯呈对
称分布。这样做,各多层电路板可分开加工,
每个部分各自有独立的层压顺序。例如,一个
四层电路板可让通孔贯穿全部四层,这样可在
电路板芯两侧复制使用。
为了在选定且适用范围内满足机械限制,多层板
中的金属芯总厚度应约为电路板总厚度的25%。
限制芯板经常被使用的原因为金属芯层可以通
过显影、蚀刻然后连接至镀通
孔。更厚的中央
金属芯一定要是机加工的。一些研究表明双限
制金属芯电路板的热循环耐受度要优于单限制
金属芯电路板。
另一种结构要求有特殊限制芯板,它是在每个板
层完成后,通过将多层板粘接在厚金属芯的两
侧制成。之后这种复合板顺序经钻孔、电 镀和蚀
刻等工艺以在两板之间形成镀覆孔连接。应提
供相关附连板以测试此复
合结构的完整性。
5.5.2 热传递途径 金属芯板使组件的热量显
著增加,这可能会使预热焊接过程不得不在异
常的高温极限下进行。这些设计应该在定型前
对其所处的生产条件进行全面评估。观察到的
典型影响是层压板开裂、变色和较粗颗粒状纹
理焊料。元器件和散热平面间的热传递途径可
通过两种方法来实现,一为直接与散热平面相
连,二为通过
位于元器件底部的散热导通孔与
散热芯或散热平面相连。
表5-3 导通孔填塞/侵⼊对表⾯处理⼯艺影响评估
表⾯处理 掩蔽 灌淹 遮蔽堵塞侵⼊
HASL 可行 可行 可行 可行 可行
OSP 可行 不推荐 可行 可行 可行
EIG 可行 可行 可行 可行 可行
ImAg 可行 不推荐 可行 可行 可行
ImSn 可行 不推荐 可行 可行 可行
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