【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第89页
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 …
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
要达到此比值，采用套印或比连接盘大的开孔是
必要的。特别是对于较细节距的BGA，模板开
孔通常为1:1或略小于连接盘以达到密封效果。
如果当需要模板开孔比连接盘大时，为了达到
理想的面积比以实现更好的焊膏释放，在每次
印刷之后的模板清洗是必须的。较大的开孔会
导致焊膏泄漏至模板底部，印刷的电路板会随
后被沾污。需要注意的是，在
设计用于CBGA、
CCGA和通孔内焊膏（PIH）工艺的模板时，模
板开孔应远大于连接盘。
带有圆形倒角的方形或矩形开孔也可提供更好
的焊膏释放和沉积量。
7.1.1.3 焊膏量的重要性 对于塑封BGA，其大
部分焊膏是由元件本身的焊球提供的，此时焊
膏量并不是那么关键。对于节距超过0.80mm的
塑封BGA（锡铅或无铅配方），模板厚度取决于
印制板组件中使用的其它类型
的元器件。焊料量
和模板厚度对于带有非塌陷铜焊球或高温（熔
点为302°C）90%铅/10%锡焊球的陶瓷BGA更为
关键。用于陶瓷BGA的焊球在通常的再流焊过
程中不会塌陷（见图7-2）。
对于需要较厚焊料量的带有非塌陷焊球（铜制
焊球或90％Pb/10％Sn球）的CBGA，可能需要
使用阶梯式模板。阶梯尺寸通常为0.04mm至0.08
mm，它
可以在电路板表面施加两种不同的焊膏
厚度。当阶梯尺寸为0.04mm时，金属刮刀可正常
使用。如果使用了阶梯模板，则阶梯线离开任何
印刷开孔的距离至少3.75mm。因为高铅含量焊
球不会塌陷，所以有充足的焊膏是很重要的。因
此除了使用阶梯式模板，模板开孔也应远比连
接盘大以满足非塌陷焊球所需的焊膏量。连接盘
和焊球
之间的焊料填充取决于焊膏量。CBGA和
CGA需要有一个最低焊膏量以实现可靠焊点。
许多供应商拥有此技术能为封装提供特定焊膏
量。表7-2展示某些陶瓷封装的焊膏使用量要求
的范例，使用了锡/铅或无铅（SAC）焊膏（见
表7-2）。
焊膏量要求对于锡/铅和无铅焊膏应该是 相 同
的。另外铜制焊球或高温90%Pb/10%Sn焊球的焊
膏量要求也是相同的，因为这两种焊球在再流
IPC-7095c-7-1-cn
图7-1 完全焊膏释放的宽厚⽐和⾯积⽐
焊料模板特征尺寸
开孔长度（L）
模板厚度（T）
开孔宽度（W）
IPC-7095c-7-2-cn
图7-2 ⾼铅和共晶焊球及其焊点对⽐
PBGA基板
PWB
62锡/36铅/2银
b)
a)
CBGA基板
PWB
共晶锡/铅90/10铅/锡球
表7-2 陶瓷阵列封装焊膏量要求⽰例
器件
节距
(mm)焊膏合⾦
焊膏体积（μm
3
）
低（最⼩） ⾼（最⼤）
CBGA/
CuBGA
1.27 锡/铅或无铅 78,660,000 163,870,000
CBGA/
CuBGA
1.00 锡/铅或无铅 40,968,000 75,380,000
CCGA/
CuCGA
1.27 锡/铅或无铅 60,632,000 124,542,000
CCGA/
CuCCGA
1.00 锡/铅或无铅 32,321,000 81,935,000
IPC-7095C-C 2013年1月
76