【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第74页
除 非 该 微导 通 孔 被 填 塞 或 电 镀 封 闭 ，不然的 话 空气有可能会 截留 在 焊膏 下并在 再流焊过 程中 导 致 焊 球出 现 空 洞 。对 于带 有 微导 通 孔 的 金属 限 定 连接 盘 ， 裂 纹 会 由 与 导 通 孔相 关的空 洞 开 始 并 向 焊 球 外 部 扩展 。 （ 见 图 6-22 ） 与 没 有 焊盘内导 通 孔 的可 比较 的 金属 限 定 连接 盘相比 ， 这些 空 洞 已 表 明 呈 …
• 导通孔部分填塞，会造成应力分布不均匀
• 空洞会占用相当大的一部分连接区域，减弱了
结构上的支撑
• 空洞可能会减少导热通道
当采用焊盘内导通孔技术，除非在板子元器件
贴装面将导通孔遮蔽，不然焊点中会出现如图6-
19所示的空洞。大部分专家都认为这些由空气
残留导致的空洞是可以接受的，它们不会对焊
点可靠性造成影响。无疑，这些空洞的
形成条件
不仅取决于工艺，还与BGA的连接盘尺寸和其
上面的导通孔直径有关。另外，不 同 类型的孔如
通孔、盲孔和微导通孔，情况也有所不同。图6-
20展示了这三种孔的结构特点以及当焊膏印刷
后和BGA贴装后的进入状况、再流焊过程中焊
球和孔洞的状态以及最终形成的焊点特性。
空洞出现的主要原因之一是最初锡膏印刷和BGA
贴装时，
焊膏下存在截留的空气。在再流焊接过
程中，滞留的空气和焊膏中的挥发物需要排出，
这会使焊球中心部位出现轻微的焊料空缺，如
图中说明。
6.3.6 密节距BGA焊盘中微导通孔策略 对于
节距小于0.8mm的BGA全阵列元器件，就目前
的机械钻孔技术来说，连接盘上没有足够空间
可进行布孔。对于更密节距的BGA，为了增大
布线面积，可能需要在焊盘中使用微导通孔。
这些孔是
连接印制板第一层或内部第二层的盲
孔。它们通常由激光钻孔形成，但在某些场合
也会使用机械钻孔工艺。（见图6-21）
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图6-19焊盘内导通孔设计，显⽰导通孔遮蔽与焊球
的切⽚图⽰
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图6-20焊盘内导通孔设计⼯艺说明
BGA
来料状况—组装工艺开始前
再流焊接过程中
再流焊接后
焊膏印刷&BGA贴装后
2013年1月 IPC-7095C-C
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除非该微导通孔被填塞或电镀封闭，不然的话
空气有可能会截留在焊膏下并在再流焊过程中
导致焊球出现空洞。对于带有微导通孔的金属
限定连接盘，裂纹会由与导通孔相关的空洞开
始并向焊球外部扩展。（见图6-22）
与没有焊盘内导通孔的可比较的金属限定连接
盘相比，这些空洞已表明呈量级的降低了焊点
可承受的应
力。由于这个原因，不建议在诸如
角落焊球或者那些直接在芯片边缘的高应力区
的焊球处采用焊盘内导通孔。
6.3.7 电源和接地连接 当接地或电源平面内需
要连接盘时，通常的做法是在阻焊膜覆盖的平面
留下开口以提供对连接盘的访问的入口。当这
些位置需要增加疲劳寿命或热隔离时，可在连
接盘周围蚀刻出月牙形浮雕图形（
见图6-23），
以生成一个MD连接盘。可以使用2个、3个或者
4个轮辐（SMD段可能会被使用）。MD段的布置
应该使SMD段朝向BGA角落，以提供最大的抗
疲劳强度。
6.4 波峰焊接对正⾯BGA的影响
6.4.1 正⾯再流焊 印制板混合技术常见的组装
顺序为首先再流焊接电路板正面的表面贴装封
装，然后再波峰焊接通孔封装（由正面插入）。
对于双面电路板，反面表面贴装元器件
通常在正
面元器件之前贴装，并通过再流焊接或点胶的
方式将它们固定在所需位置。反面元器件如果
没有被点胶固定的话，应该通过波峰焊载具与
波峰隔开。但是在波峰焊接过程中，电路板正面
已再流焊接过的表面贴装元器件也会被加热。
当温度升高到接近焊料合金液相线点时，这种
受热会导致这些元器件的焊点融化。因此，要
注意防止这些元器件的焊点温度达到
液相线温
度。
6.4.2 正⾯再流焊的影响 BGA焊点需要特别注
意，因为它们的焊点在波峰焊接过程中处于受
应力状态。如果这些焊点达到液相线温度（共
晶锡/铅焊料成分为183°C；SAC合金217°C），
那么由于升温过程中导致的热机应变，此时焊
点就存在退润湿或从印制板／封装基板脱离的
潜在风险。因为焊料极其柔软，即使是在接近
液相线温度，当温
度没达到固相线时也会存在
冷焊、退润湿或者焊球变形的风险。
图6-24描述了主板正面BGA器件发生焊球变形
和退润湿的情况。在波峰焊接时，BGA焊点会
达到180°C的峰值温度。BGA焊点比有引线表面
贴装焊点更易出现这些缺陷，因为它们缺少应
变消除。
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图6-21 微导通孔⽰例
PCB焊盘
铜层
横截面
图6-22 焊盘内微导通孔的空洞
裂纹
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图6-23 接地或电源的BGA连接
MD段
蚀刻成月牙形
开口的平面
铜面
阻焊膜
SMD段
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为了避免电路板正面出现BGA焊点问题，在 锡/
铅波峰焊接过程中其温度不应超过150°C，对 于
无铅合金波峰焊接不应超过190°C。这比密节距
有引线元器件如塑封QFP所允许的最高温度要
低。
图6-25是一例波峰焊过程中混合技术焊接电路板
上焊点可接受的温度曲线。
要确定保持温度低于150°C（对于无铅为190°C）
的各种方法，最好先确定波峰焊工艺中BGA焊
点受热的多种方
式。图6-26展示了三种路径，路
径A是穿过电路板热量由反面传导至正面。路径
B经由导通孔壁传导，沿着连接导通孔的导体到
BGA焊点连接盘。路径C则为位于波峰焊接设备
上方的预加热器产生的对流和辐射。
6.4.3 避免正⾯再流的⽅法 避免正面再流的
方法旨在减少经由上述三种路径之中的一种或
多种路径传递至BGA焊点的热量，图6-27说明
了这些方法。可在BGA
封装外安装热隔离装置
以避免直接受热于波峰焊接设备内的预热器。
这些热隔离装置可与波峰焊载具机械联结在一
起。
其次，在电路板反面用阻焊膜将导通孔遮蔽。
基于各种原因，导通孔遮蔽工艺在业界运用得
非常普遍。导通孔遮蔽规则在板子设计时应写
进可制造性设计（DfM）。
确定要遮蔽的是那些以较短的路径与BGA连接
盘相连或与电路
板导电平面相连的导通孔。
第三，可在BGA封装位置正下面的印制板反面
放置非金属隔离装置以避免波峰与电路板这些
位置相接触，波峰隔离装置也可以通过非金属
爪与波峰焊载具相连。
选择性波峰焊载具可以利用BGA下面的固体材
料来阻止焊料与电路板反面接触，以及阻止热
量由导通孔传递至连接盘，这会防止BGA焊点
的二次再流。
上述各方法的有效
性可以通过测量波峰焊期间
BGA焊点的温度曲线来确认，以确保温度稳定在
150°C以下。
图6-24 正⾯再流焊焊点⽰例
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图6-25 器件混装板正⾯波峰焊温度曲线⽰例
150 ° C
160 ° C
183 °C
80 ° C
温区 # 2
100 ° C
温区 # 1 温区 # 3 芯片 平波
40° C
60 ° C
BGA的最大
峰值温度
为150℃
细节距的最
大峰值温度
为160℃
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