【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第64页
流 温 度 之 上的 风 险 ， 当 使用 激 光 系统 进 行返 工 时， 隔 离区域 可 以减 小 至 1mm 以 下。 在 维修 期 间， 当 BGA 封 装 从 电路 板 上 被 拆除之 后 ， 必须 要对连接 盘 进 行 清 理 ，然 后 在新 元器 件放置 前 完 成 施加 新 焊膏或 助 焊剂 。 如果 焊膏 或 助 焊剂使用 人工 涂 抹 方 式 ， 或 者 焊膏使用 自 动化 喷涂系统施加 ， 那就 不 需 要特 别 …
6 印制电路板组装设计考量
6.1 元器件放置和间隙 为了便于返工，推荐在
BGA周围提供足够的间隙（3mm至5mm）。推荐
采用间隙上限，尤其是当CBGA使用阶梯模板进
行焊膏沉积以及当使用热风进行返工时。然而，
如果使用二极管激光系统返工，其间隙要求可
缩小到0.5mm至1.0mm，因为激光返工不会影响
到相邻元器件。
6.1.1 贴装要求 BGA封装相对于其它先进高
引线数封装（密节距、TAB、PGA等等）的
优点
在于其可用现有表面贴装设备进行贴装。BGA
可自我对准使得它们在贴装制程中更为宽容。
6.1.2 维修/返⼯要求 对于元器件间隙的要求
主要来自于BGA元器件的维修／返工的驱动。
典型的BGA返工方法需要5个步骤：
1) 加热焊点至再流焊温度以拆除封装；
2)清除和清洗BGA连接盘图形上的残留焊料
3）涂抹新焊膏或助焊剂
4）进行新BGA封装的贴装
5）加热焊点
至再流焊温度以组装BGA器件到电
路板上
上述操作步骤中的每一步都可能需要设置隔离
区域。返工设备制造商会提供关于必要隔离区
域的具体细节，一般规则概述如下：
几乎所有使用热风法都采用风嘴向下对准BGA
和/或在BGA周围加热焊点以便于拆除和再流。
元器件隔离区域建 议设置在距离热风嘴外边缘
2.5mm的位置。如包括风嘴的尺寸，应
离开元器
件本体3.8mm。BGA周围的间隙为风嘴提供了
空间并减小了对相邻元器件焊点进行加热至再
表5-4 导通孔填塞选项
正⾯ 反⾯ 正⾯&反⾯ 不堵塞
优点
增加返工稳健性 可以 可以 可以 不可以
波峰焊时降低二次再流的风险 可以 可以 可以 不可以
防止焊料泄漏 可以 可以 可以 不可以
缺点
需要两次工艺 是是是不需要
元器件侧高度轮廓限制 不超出阻焊膜50μm 无 不超出阻焊膜50μm 无
助焊剂污染担忧 有-如果直接暴露于波峰焊 无 无 无
堵塞完整性问题 有（掩蔽，堵塞）无（填塞）
有（掩蔽，堵塞
）
无（填塞）
有（掩蔽，堵塞）无（填塞） 无
IPC-7095c-5-13-cn
图5-13 ⾦属芯板结构⽰例
ሩҾ㣟˄䠁ᡆ䲀ࡦ˅ሩ〠
ሩҾ㣟˄䠁ᡆ䲀ࡦ˅нሩ〠
ৼ㣟˄䠁ᡆ䲀ࡦ˅
2013年1月 IPC-7095C-C
49
流温度之上的风险，当使用激光系统进行返工
时，隔离区域可以减小至1mm以下。
在维修期间，当BGA封装从电路板上被拆除之
后，必须要对连接盘进行清理，然后在新元器
件放置前完成施加新焊膏或助焊剂。如果焊膏
或助焊剂使用人工涂抹方式，或者焊膏使用自
动化喷涂系统施加，那就不需要特别的元器件
隔离区域。然而，许多维修系统利用小型模板
和刮刀以人工方式将
焊膏加到电路板连接盘或
器件的焊球上，通常来说，最少需要3mm的元
器件隔离区域（也即：相邻元器件本体之间的
标称距离），这样能满足风嘴间隙要求和当印刷
到电路板连接盘时的小型模板要求。如存在大
外形的相邻元器件，可能需要比规定最小值大
得多的最小距离。
6.1.3 整体布局 对于BGA来说没有特别的整
体布局要求。但是建议不要将它们
布局于电路
板中心线附近。通过这种方法可以减少再流焊
过程中由电路板的翘曲引起的潜在共面问题。
除此之外，BGA封装不应该布局在大型通孔元
器件附近，因为这样做会使电路板绷紧并明显增
加BGA角落焊点的局部应力。在某些情况下，
如果相对于BGA角落引发的应变可通过邻近通
孔或其它元器件的刚度来减小，人们可能要利用
实际
上能保护BGA的某些特征。最后，不应将
BGA封装放置在安装支架、固定柱和用于支撑
和固定印制板组件的螺钉在同一对角线上，因为
这更容易引发角落焊球受损伤的应力级别。
6.1.4 对准图例（丝印、铜制标志、引脚1标识
符） 建议在印制板上印刷BGA封装的对准标记
以验证再流焊前后元器件是否对齐。BGA特别是
PBGA，即便有高达50%
的连接盘偏移，也会在再
流焊过程中自动对准。所以所提到的任何偏移
通常指的是一个连接盘直径长度或甚至更多。
对准标记有助于以目测的方式检验元器件贴装
是否足够精确。丝印油墨和铜是用于对准图例
的两种主要材料。丝印油墨是最常见的材料，
但是在电路板制造中需要额外的工序。铜制对
准图例与其它铜图形同时被制造出来，因此位
置更精确。高速线路可能会受到这种方
案中不
接地的铜影响，因为未被连接的铜导体会汇聚
成一耗散不可控的电容。
在许多情况下，为设备或作业员所使用的图例
被用于评估贴装操作中BGA对准检查。对于外
围引线元器件，基准点已被标准化，因此贴装
机只需相应地调整贴装头以提高最终元器件的
定位精度。
局部基准点通常会布置在对角，以允许对θ角度
进行调整，许多贴装工具和
设备已整合有这项
技术。使用基准点也许不能提供最明显的状态方
便人们检验，但是大部分检验员可以大致估测
封装是否已被正确地放置于两个基准点中间，
并以此来验证它们的位置。某些情况下，厂商
需要使用角度支架来替代基准点以帮助人眼做
出判断；但是贴装机上的摄像头通常并不熟悉
这样的结构，因此这并不是最适用于自
动组装
的方法。（见图6-1）
通过使用丝印，整体封装的轮廓可以被勾勒出
以方便目视对准。另外一种常见的对准图形只在
BGA的角落部位做标记，角落部位标记应每边仅
0.8mm长。铜也可用作角落部位标记，因为它不
会干涉布线走向，只要它不影响到电路性能（如
产生不需要的电容）即可。
所有对准图例需要远离BGA封装的外
边缘距离
0.25mm，这会给查看BGA封装周围的标记留有
足够的间隙。BGA连接盘图形上需要有第1脚标
识符。这种标识符的形式可为插入符号、点或
其它容易分辨的形状。第1脚标识符的材质可为
丝印油墨或铜并且分辨率要足够高，以避免与
连接盘图形周围的其它标记混淆。
6.2 连接位置（连接盘图形和导通孔）
6.2.1 ⼤/⼩连接盘⽐较及其对布线的影响 连接
盘
直径会影响焊点的可靠性以及导体的布线。
连接盘直径通常会比BGA的焊球直径小，连接
IPC-7095c-6-1
图6-1 BGA对准标记
IPC-7095C-C 2013年1月
50
盘尺寸减小20%至25%（相比焊球直径）被确定
为可提供可靠连接的标准。连接盘越大，连接盘
之间可供布线的空间就越小。举例来说，在节距
为1.27mm的BGA封装上，若连接盘直径为0.63
mm，则连接盘之间可布置两条宽度为125μm间
距为125μm的导线。如果连接盘直径为0.8mm，
若导线宽度及间距保持不变，则可供布置的导
线数仅为一条。
表6-1和6-2
列出了在各种连接盘直径和导线/间
距宽度下可在连接盘间布线的导线条数。
下列等式可用来计算连接盘间可布置的导线条
数，相关变量为封装节距（P），连接盘直径（D），
连接盘间可布置的导线条数(n)和导线/间距宽
度（x）。
P-D≥(2n+1)x
一般的规则是把电路板连接盘直径设计成与塑
封BGA基板上的连接盘直径相等。
表6-3展示了另外
一种做法：在导线数量和BGA
节距给 定 的 情 况 下计算可能的最大连接盘尺
寸，而非根据每个不同的连接盘尺寸计算相应
的导线数。关于通孔的信息也应该提供。
CBGA的连接盘尺寸应该使非塌陷焊球或柱状焊
料在连接盘上有足够的可用平台以实现CBGA的
焊球或柱状焊料的焊接。这会使连接盘稍大以
建立最低要求，这对要保证通常由熔化焊膏沉
积形成的焊点可靠性来说
是必要的。
6.2.2 阻焊膜限定与⾦属限定连接盘设计的⽐
较 用于BGA封装的连接盘有两种基本类型。
一种为金属限定（MD），另外一种为阻焊膜限
定（SMD）。MD连接盘通过蚀刻限定而成，在
其周围有阻焊膜间隙，与绝大部分表面贴装连
接盘类似。SMD连接盘是有阻焊膜部分覆盖在
铜连接盘上（见图6-2）。这两种连接盘类型各有
优缺点。
6.2.2.1 ⾦属限定连接盘 金属限定连接盘
（MD）所需
的铜连接盘直径较小，因此可供布
线和导通孔的 金属间间距较大。铜材尺寸比阻
焊膜更容易控制，可以产生更加均匀的表面处
理，尤其是HASL板。由于连接盘周围没有阻焊
膜使得焊料可以包围住连接盘边缘，消除有应
力集中的任何区域。
金属限定连接盘有很好的焊点外型，但这会使
得间隙高度变小（见图6-3）。改善的焊点外型会
潜在
地增加焊点的抗疲劳强度；但是，较小的
间隙高度会抵消掉部分抗疲劳强度的改善。
6.2.2.2 阻焊膜限定（SMD）连接盘 由于阻
焊膜的部分重叠，SMD连接盘需要更大直径的
金属连接盘以达到像金属限定（MD）连接盘相
同的尺寸。被阻焊膜限定的焊点会产生应力集
中（见图6-4），但会有更大的间隙高度。相应的
效果可见于图6-5，图中展示了阻焊膜限定
连接
盘（左侧）和金属限定连接盘（右侧）上的焊
表6-1 节距为1.27mm的BGA连接盘之间的导体数量
连接盘直径（μm） 750 700 625 500 400 350
导体间距(μm)
200 /A/A1111
150111222
125112223
100222334
75233455
表6-2 节距为1.0mm的BGA连接盘之间的导体数量
连接盘直径（μm） 625 500 400 350 300 250
导体间距(μm)
200 /A/A1111
150 /A11112
125111222
100122223
75223344
2013年1月 IPC-7095C-C
51