【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第83页

必须了解印制板组件要采用的冷却技术以确保印制板组件的合理设计。对于商业用途，通常使用直接风冷系统（即：冷却空气与印制板组件接触）。对于使用环境较为恶劣的情况，需要使用其它冷却系统来对印制板组件进行冷却。对于此应用，组件会被安装至由空气或液体冷却的结构中，印制板元…

据应该用于建立导通孔和连接盘、线条、间距

等要求。当试样被用于建立工艺控制参数时，

它们应当持续使用可反映出此工艺的单一孔尺

寸或连接盘构造。工艺特性和电路板总特性应

该互相匹配。

IPC-2221提供了用于评估这些电路板和组件特

性的优良附连板。它们包括：

• 孔可焊性

• 防焊掩蔽

• 热应力电镀

• 厚度和连接强度

• 镀层附着

力

• 表面可焊性

• 阻焊膜

• 表面贴装可焊性

• 表面粘接强度

• 表面绝缘电阻

• 湿度和绝缘阻抗

• 定位

• 互连电阻

图6-32展示了焊球连接完成之后，常用来评估焊

板清洁度的替代附连板。这些用在电路板的梳

型图形是为了弄清楚助焊剂或助焊剂残留会不

会损害产品的电气性能。

6.7 散热管理散热管理的主要目的是为确保所

有电路元器件特别是

BGA，被维持在其功能以

及最大可允许极限之内。功能温度极限规定了

允许电子电路正常运行的环境温度或元器件封

装温度的范围。

IPC-7095c-6-31-cn

图6-31 板拼联

X.XX

X.XXX

X.XX

X.XXX

基准

DATUM

X.XXX

X.XX

8排版拼联

拼板工具孔（3处）

独立板工具孔（每板3处）

IPC-7095C-C 2013年1月

必须了解印制板组件要采用的冷却技术以确保

印制板组件的合理设计。对于商业用途，通常

使用直接风冷系统（即：冷却空气与印制板组

件接触）。

对于使用环境较为恶劣的情况，需要使用其它

冷却系统来对印制板组件进行冷却。对于此应

用，组件会被安装至由空气或液体冷却的结构

中，印制板元器件会通过表面热交换，通过热

传导实现冷却

。这些设计必须要在印制板组件

上使用合适的金属散热片。正确的元器件安装

和粘接也是需要的。为了确保设计完善，需要

提供热消散图以帮助分析和为印制板组件进行

散热设计。

电子设备内部散热有三种基本热传递方式的交

互作用：热传导、热对流和热辐射。这些热传

递方式，会且通常会同时作用。因此，任何散

热管理方法应该尝试让它们之间的

自然交互作

用达到最大化。

6.7.1 传导所有材料或多或少都会发生传导。

通过材料传导的热量与材料的热导率K、传导路

径的横截面积和材料间的温差成正比。热传导

与路径长度和材料厚度成反比（见表6-11）。

6.7.2 辐射热辐射是通过电磁辐射进行的热

传递，主要是红外线（IR）波长。它是真空隔

离环境物体进行热传递的唯一方法，如宇宙

环

境。

由辐射进行的热传递是热源物体表面辐射系

数、其有效表面积和物体间绝对温度四次方之

差的函数。

辐射系数是指由材料向外辐射的能量与在相同

温度下由辐射系数为1的黑体向外所辐射能量的

比值。物体的光学颜色与其是“热黑体”关系

不大。无论是黑色、红色还是蓝色，阳极处理

铝板的辐射系数不会发生改变。

但是，表面处

理是很重要的。无光泽或暗淡表面会比明亮或

有光泽表面更易进行热辐射（见表6-12）。

6.7.3 对流对流的热传递模式最为复杂。它

涉及到流体的分子运动，通常为空气。

由物体至流体对流引起的热流动速率是物体表

面积、温差、流体速度和流体某些性质的函数。

任何流体和较热表面接触会减小流体密度并导

致其上升，由这种现象引发的循环被称为

“自

由”或“自然”对流。空气流动可以通过这种

方式或某些外在的人工设备引发，比如风扇或

鼓风机。强制对流所进行的热传递可比自发对

流的效率高十倍。

6.7.4 散热界⾯材料 BGA安装散热片是当前对

BGA封装内部硅芯片器件进行冷却的最常见技

术。这些散热片所需要的散热界面材料安放于

散热片和BGA之间，以使热量能从封装上表面

传导至散热片底

表面。

IPC-7095c-6-32

图6-32 梳状图形⽰例

2013年1月 IPC-7095C-C

选择散热界面材料时，需要注意BGA和散热片

的表面平面度。再流焊过程中的BGA封装翘曲

和散热片接触表面的大公差会导致较大间隙，

这会造成界面材料可靠填充困难，从而会导致

导热性能变差和／或散热片连接变弱。

散热界面材料(TIM)的种类繁多，如下文所述。

6.7.4.1 粘合剂金属填充环氧树脂和硅粘合剂

最早被广泛用作TIM。它们起着TIM界面材料和

机械连接材料的双重作用

，因为当它们固化后会

完全交叉连接而实现高强度粘结。因此与其它

TIM不同，当使用粘合剂时补充机械连接并无必

要。粘合剂的缺点为BGA焊接到电路板之后需要

热固化，还有散热片和封装之间可能存在的热

膨胀系数不匹配而导致的粘合界面严重分层。

粘合剂的另一个子类为压敏粘合剂（PSAs，该

粘合剂不需要通过固化来产生连接界面，但需

要施加一定

的压力，通常范围为20至30psi。它们

在BGA中的应用因此受到了限制，因为如果控

制不适当，可能反过来会影响到BGA的焊点。

6.7.4.2 硅脂导热硅脂是一种金属填充聚合物，

它具有粘性液体的固有优势而能适应BGA元器

件和散热片间宏观和微观不规则性表面。与粘

合剂不同它们具有优异的散热性能且不需要固

化。导热硅脂

的主要缺点在于随着时间的推移

它们有从散热片和封装之间流出的趋势。这种

现象被称为“泵出”，是由温度循环期间作用于

粘合界面的机械热应力导致的。

6.7.4.3 相变材料（PCM）相变材料室温时为

固态，但当BGA表面导热时温度升高而转变为液

态。因为它们通常呈薄膜形态且不需要固化，

所以操作和添加比较方便。但它们的热传导性

质比导热硅脂

、粘合剂和其它TIM替代品要差，

故它们只适合在低功率器件上使用。

6.7.4.4 凝胶凝胶由轻交联的硅聚合物组成，

并填充金属或陶瓷颗粒以实现TIM应有的热导

率。凝胶结合了导热硅脂和固化粘合剂两者的

优点，不会泵出也不需固化作业。凝胶的模量

较低减轻了热机应力而避免连接界面的分层。

它们有较高的体积热导率，已经被应用于BGA

包括

高功率CPU器件的冷却。

表6-11 材料类型对传导的影响

材料

热导率(K)

⽡特/英⼨°C ⽡特/⽶°C

克-卡路⾥/

cm °C • s

静止空气 0.0007 0.0276 0.000066

环氧基树脂 0.005 0.200 0.00047

导热环氧树脂 0.02 0.787 0.0019

铝合金1100 5.63 222 0.530

铝合金3003 4.88 192 0.459

铝合金5052 3.52 139 0.331

铝合金6061 4.36 172 0.410

铝合金6063 4.88 192 0.459

铜 4.93 194 0.464

低碳钢 1.19 46.9 0.112

表6-12 特定材料辐射系数额定值

材料和处理⽅式辐射系数

铝板 – 抛光 0.040

铝板 – 粗糙 0.055

阳极电镀铝–任何颜色 0.80

黄铜 – 商用 0.040

铜 – 商用 0.030

铜 – 机加工用 0.072

钢–冷轧薄板 0.55

钢–氧化处理的 0.667

镀镍板 – 亚光处理的 0.11

银 0.022

锡 0.043

油漆 – 任何颜色 0.92-0.96

涂漆 – 任何颜色 0.80-0.95

相互靠近的器件、元件等会吸收彼此的辐射能

量。如果热辐射是热传递的主要方式，元器件

相互之间的“热”点必须要隔开。

IPC-7095C-C 2013年1月