【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第88页
可 以从 他们的 设备 中提 取 出标准 格 式 的信息。 这 项新技术成 功 的关 键 在 于其 ‘ 即 插 即 用 ’ 的 结构 。车间的任何 设备 可连接到 该 支 撑 架构 和 数据集合 软 件 。 将 XML 作为标准 以确 保 不会有 人对 数据产 生 歧 义 。不 管 故障 发 生 在 哪 里 ， 制 程 纠错 和 产品 改善 需 要 故障 的可 追溯 性 ， 知 道 故障 的来源和 根 本 原 因 是 关 键 。 另 外…
了尽可能提供最好的文件包，评估IPC-2611并识
别受设计过程影响的所有准则是重要的。
6.8.1 图纸要求 布局前的正式设计评审，应当
考虑在此设计领域可以利用的，能产生照相底
图和数控数据的特殊工具。这些工具可能会被
用于制造、组装或者测试。这样的工具例子有钻
孔数据文件、焊膏模板、元器件位置数据、ICT
夹具数据以及由板子每层图形、
丝印层或阻焊
膜层构成的照相底图。
当浏览文件时，总是从正面开始浏览。所有生
成的照相底图都是从同方向浏览。产品每层的
定义应当从正面切入特定元件的方式来浏览。
必须保证充足的精度和足够的技能以消除在照
相底图生成过程中的歧义，这个要求可以通过
粘附一个网格或元器件端子节距来最小化，它
驱动了印制板或裸芯片上的许多特征。
通过增加适当的标注使布局
注释尽可能完整。
标注要求和定义版本号是维护布局管理状态的
关键。它对于工程文件周期评估、前期成果引
用和后来者使用原作者文件时尤为重要。
6.8.2 设备信息通讯协议 纵观整个电子工业
制造是由许多工序组成的，每个工序都以某一
供应商的设备为中心。尽管这些工序各自通常
有良好的自动化，但它们只是外围相互联接在
一起
。专有的数据格式和通信协议妨碍了自动
化设备岛的信息交互。这种情况也妨碍了工厂
管理人员对制造过程进行监控、实情了解和可
能的制程改进以提升产量和产品质量。
在 过 去几年中，基于国 际 电子制造业 协 会
（iEMI）所资助的项目，IPC已对电子组装产
生的数据结构进行标准化，建立了一个车间内
部或该车间与其它制造车间之间的数据交换规
则。该成果已被出版并命名为
IPC CAMX（使用
可扩展标记语言（XML）的电脑辅助制造）标
准：这些标准是：
• IPC-2541，电子制造车间设备通信通用要求
• IPC-2546，用于印制电路板组件的车间设备通
信信息（CAMX）分要求
• IPC-2547，用于印制电路板测试、检验和返工
的车间设备通信信息（CAMX）分要求
此标准的核心是带有媒介的框架。这就是处理
信息交换并符合IPC-2501标准（“基于网络的
XML数据交换定义”）的“信息代理”。信息代
理可被视作邮政局或邮件服务器。在传送信息
至服务器后，当需要此信息时，相关设备或想
要此数据的管理人员可以请求查阅此消息。
在工厂中，几条设备线和若干应用可同时连接
上信息代理。各个单元不需要了解关于属性、
构造以及其它格式的具体细节。它们直接与代
理进行通讯，当人们和设备需要某些特定的信
息时，该代理会以正确的格
式提供信息。
6.8.2.1 实施 建立基础设施和基于网络的工具
来监控若干制造设备相对容易，这包括ICT测试
仪和一些供应商的贴片机。这些设置常用来收
集性能和功能反馈数据到信息代理上。信息代
理通常可在两天之内保持运行，可相当简单地
连接上原有设备或由制造现场基础设施架构就
绪的XML设备。如果仔细安装，也可避免降低
网络安全要求。
使用诸如HTTP
和XML的互联网标准可确保不同
平台之间的互用性。即便某应用之前从未运行于
某个信息代理，它也能适应现有的网络通信构
架。IPC CAMX标准的一个重要目标就是降低技
术壁垒以使先进设备（如贴装机和测试设备）
和相对较简单的设备（如印制板操作设备）方
便整合。CAMX标准提供了在制品，工艺和车间
设备的数据。需要接收设备信息的应用包括：
• 在制品（WIP）
•
追溯、产能和产出监测
• 设备使用率和生产线平衡性监测
• 整合测试和检验数据的产品质量监测
通过单一数据集线器将制造运行的所有部分连
接起来一直是多年以来的的目标。CAMX信息
代理方法为实现这个目标提供了大量出色的工
具。信息代理可以将任意数量的客户终端联系
起来。客户终端可以是工厂设备、电脑主机或
者工程管理人员桌上的数据集线器。此系统可
直观地为管理人员提供任何
想知道的数据。管
理人员可与在新加坡的某人交流，并通过任何
预先设置格式的数据快照来检查其在制产品的
状态。他可以选择格式并根据需要的频率要求
软件更新数据，信息代理完成剩下的工作。
6.8.2.2 信息交换优点 主要设备制造商一开始
就参与这项工作，因此这些设备支持CAMX从而
2013年1月 IPC-7095C-C
73
可以从他们的设备中提取出标准格式的信息。
这项新技术成功的关键在于其‘即插即用’的
结构。车间的任何设备可连接到该支撑架构和
数据集合软件。将XML作为标准以确保不会有
人对数据产生歧义。不管故障发生在哪里，制
程纠错和产品改善需要故障的可追溯性，知道
故障的来源和根本原因是关键。
另外，提升产品质量和减少成本需要了解实际
故障谱图。从生产经
历看，不同制程阶段的相同
故障可能称呼为几个不同的名字。采用CAMX
标准，在生产运行工序间的故障名称可保持一
致，从而改善了通信的总体水平。
对于电子制造服务（EMS）提供者，不管待评
估的工艺是什么，CAMX标准在没有影响数据
连贯性和综合数据分析的情况下允许制造的灵
活性。该软件比为半导体工业开发的系统更流
畅且没那么复杂，因为
现今所有设备都符合同
一标准，其结果是设备使用更方便和支持更便
捷。
标准化为开展更详尽的数据分析创造了机会，
因为该标准减少了花费在收集信息上的精力。
IPC-2501，作为已实现的CAMX信息代理，为其
它IPC标准词汇提供了简化的基于网络的XML信
息活动。对需要某条特定信息的设备供应商，
仅仅需向现有基于网络和通用的XML信息SOAP
协议“订阅
“应用或系统即可，而无需考虑其它
界面的构架和实时下载响应。SOAP是一种由主
要的计算和软件供应商支持的XML通信标准。
它形成了网络服务设施的基础。
当原始设备制造商OEMS自己进行生产时，机器
通迅的XML信息类型很少是必要的。但是随着
外包数量的增多，那种垂直整合已成为例外而
非规则。新标准使OEM客户有可能重新获得因
外包而丢失的审视制造活动的测量。
使用通用数据格式
也给供应商提供了对他们产
品 库 存 进 行 监控以防 止客户生 产线中断的能
力。元器件供应商可以监控他们的元器件在产
线的使用情况，规划采购并接管本来由EMS公司
和OEM公司负责的类似职能。
6.8.3 规范 在许多场合，文件会参考其它规
范。这些规范应该 是明 确 的 且 应以原文 件包
（硬拷贝或电子版）相同的方式提供。应当提
供元器件符合性测
试电路，这样元件可通过破
坏性测试技术来测试。符合性测试电路至少也
应当包括：
• 电路板编号/版本字母
• 组件编号和参考的物料清单
• 可追溯性标识
•日期编码
• 制造商身份，如商业和政府实体（CAGE），
标志等等
• 可使用特殊代码系统，只要他们在总图中指定
7 印制电路板上的BGA组装
7.1 SMT组装⼯艺 在某些方面连接BGA元器
件的组装工艺比连接细节距外围元器件的组装
工艺
更为宽松，但是在其它方面要求则更多。
工艺不良率远比外围细节距元器件低，但良好
的工艺控制是必要的。
7.1.1 焊膏及其施加 表面贴装组装工艺使用
焊膏将BGA焊球连接到电路板上的连接盘。焊膏
可通过三种方式施加到连接盘上：丝印、模板印
刷和点涂。BGA通常用模板将焊膏印刷在BGA
连接盘上，模板的开孔尺寸与BGA连接盘尺寸
相同或稍小。
模板厚度和开孔尺寸决定设计的焊膏量，焊膏
量对于某
些BGA类型的焊点可靠性是至关重要
的。刮刀类型和工艺参数设定会影响实际沉积的
焊膏量。使用较密节距BGA元器件时需要减小模
板厚度；但减小模板厚度时需要特别小心不要
减少其它元器件焊膏量。梯形模板开孔（底部
开口稍大于顶部开口）通常作为更优先选择，
因为它们可改善焊膏释放。
焊膏由金属粉末颗粒和助焊剂的均质混合物组
成。焊膏的金属含量
（通常占总质量的90%）决定
了焊点中的焊料量。最常见的焊膏合金是共晶Sn
63Pb37和无铅合金SAC305（锡96.5银3.0铜0.5）。
金属粉末颗粒通常为球形状。形状均匀的颗粒
有助于印刷或点涂工艺且可通过减小表面积来
减少氧化。
助焊剂占了焊膏剩余成分的绝大部分。助焊剂
中的活化剂可将氧化物从焊料颗粒、连接盘和
BGA焊球中清除，
它们提升了再流焊过程的可
IPC-7095C-C 2013年1月
74
焊性。在再流过程中由于多种原因形成的锡珠
通常是可靠性所关心的问题，特别是包含有密
节距器件时。溶剂对于控制焊膏的粘性有重要
的作用，并且会影响流变性质。BGA焊点中空
洞的形成与焊膏中的溶剂有关。低沸点的溶剂
和/或不正常的再流参数会使BGA焊点中空洞的
发生率增加。
为了细节距BGA的成功印刷，焊膏必须能透过
模板上极小的开孔。焊膏需
要在一定的时间内
保持可印刷性和粘性，同时必须在再流焊之前
或期间保持印刷的清晰度。焊膏粘度、颗粒大
小和模板寿命是施加焊膏时的关键参数。
7.1.1.1 颗粒尺⼨和焊膏选择 市面上的焊膏种
类繁多，应根据印刷特性、助焊剂种类和密节
距焊料颗粒尺寸（除了别的之外）选取焊膏。
印刷特性包括印刷良好，可提供良好的印
刷清晰
度且不易塌陷。焊膏中的助焊剂应该有足够的
活性并能表现良好的润湿性和再流特性，且如
果使用免清洗助焊剂，应与清洗工艺或表面电
阻要求相兼容。颗粒的直径不应超过开口宽度
除以4.2的商。这个结论是由实验经验得出的。
当违反这条规定时，会影响焊膏释放和印刷清
晰度。
焊料颗粒尺寸可按照J-STD-005进行分类（
见表
7-1）。
颗粒尺寸分布会影响焊膏的粘度和可印刷性。
类型3焊膏是最常被使用的，且适用于大部分印
刷用途。极密节距CSP应用可能需要使用类型4
焊膏。在改为类型4焊粉时应该小心，因为由于
颗粒表面积的增加从而增加了焊料颗粒氧化的
可能，使得其可焊性一般会降低。当使用类型4
焊粉时，再流焊炉中充入氮气是有必要的。
7.1.1.2 模板
厚度和开孔设计 对于所有元器件来
说，随着元件节距减小通常有必要减小模板厚
度。对于节距范围在1.5mm至1.0mm的BGA元器
件来说，模板厚度的变化范围为0.15mm[0.006
in] 至 0.18mm[0.007in]。对于芯片尺寸封装
（CSP）或节距小于等 于 0.80mm 的 细节距
BGA，其模板厚度的推荐范围为0.1mm[0.004in]
至0.15mm[0.006in]。CSP和其它密节距面阵列
封装通常并不是在印制电路组件上
唯一的元器
件，所以在选择模板厚度必须要找到平衡点。
薄型模板，对CSP印刷是最佳选择，但它可能不
能给其它元器件如节距较大的BGA提供足够的
焊膏。这会导致诸如枕头效应或降低关键ASIC
的热疲劳寿命等缺陷。
当要决定模板厚度和焊膏沉积量时，焊膏沉积
较多比沉积较少更安全，其目标为达到桥接比
开路多六倍值左右（这是个比值
，并不表示缺陷
数增加）。因为桥接很少会漏检，它们一定会在
测试中被发现（ICT或功能测试）。另一方面，
因为检测时焊点受压可能会接触，开路和间歇
性开路很容易逃过检测，但最终会导致现场失
效。所以在模板和连接盘图形设计时，目标设定
为桥接比开路更多这一简单准则是预防现场失
效性价比最好的方法。
可提供 良 好 焊膏释 放 的
模板开孔设计也很重
要。为了确保良好的焊膏释放，推荐使用的宽
厚比为1.5。宽厚比是模板开孔宽度和模板厚度
的比值。另一个常用的比值是面积比。推荐使
用大于0.66的面积比。计算面积比的公式为模板
开孔的面积除以开孔壁的面积（见图7-1）。使用
这些强烈推荐的宽厚比和面积比的模板设计背
后的理念在于
允许更多的焊膏释放和将孔壁焊
膏残留降至最低，因为孔壁焊膏会部分堵塞开
孔并减少后续板子上焊膏印刷量，导致焊点焊
接不足甚至开路。
连接盘触点面积/模板壁面积等于开孔面积/孔
壁面积 = L*W/2*(L+W)*T >0.66
LxW
2(L+W)
xT
备注：在开孔设计中宽厚比比面积比更常见，
因为当连接盘长度远大于连接盘宽度时，宽厚
比是面积比的一维简化形式。例：一个尺寸为
0.35mm的方形开孔，若开孔厚度为0.125mm，
则面积比为：
0.35x0.35
2(0.35+0.35)x0.125
=
0.1225
0.175
= 0.70
表7-1 颗粒⼤⼩对⽐
焊膏类型 ⽹⽬
最⼤颗粒⼤⼩
[μm]
类型2 -200/+325 75
类型3 -325/+500 53
类型4 -400/+500 38
类型5 -500 25
2013年1月 IPC-7095C-C
75