【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第16页
IPC-771 1 / 7721 电子组 件 的 返 工、 返修 IPC-9701 表面贴装 焊 接连接的 性 能测 试 方 法 和 鉴 定 要求 IPC / JEDEC-9704 印制板应变 测 试 指 南 IPC-9708 鉴 定印制板 组 件焊盘坑裂 的测 试 方 法 2.2 JEDEC 2 JEP95 第 4.5 章 密节距 （方 形 ）球栅阵列 封 装（ FBGA ） JEP95 第 4.6 章 密节距 （ 矩 形 ）球栅阵列…
BGA设计与组装⼯艺的实施
1 范围
本文描述了为实施球栅阵列（BGA）和密节距
球删阵列（FBGA）技术在设计和组装方面的挑
战。阐述了在向无铅组装工艺转化过程中，球
栅阵列（BGA）和密节距球栅阵列（FBGA）对
当前技术和元器件类型的影响。本文所涵盖信
息主要集中在与球栅阵列（BGA）相关的关键
检验、维修以及可靠性问题上。“BGA”此词通
篇表示任何类型及形式的球状/柱状/凸点/插针
型栅格阵列封装。
1.1 ⽬的 本文主要目标人群为管理人员、设
计工程师、工艺工程师，以及负责电子组装、
检验和
维修的技术人员和作业人员。本标准目
的是要为正在使用或正考虑使用BGA的用户和
将标准锡／铅再流焊转化为无铅材料工艺的公
司提供实用的信息。
1.2 意图 本标准尽管不是一份完整的解决方
案，但它识别了影响高可靠性组装工艺的许多
特性。在许多应用中，评估组装方法和材料之
间的变化，其目的是要强调它与最终产品质量
和可靠性有关的显著性差异。用于合同协议中的
BGA组件的接受/拒收标准，见J-STD-001和IPC-
A-610。
与
其它类型元器件一样，实施BGA组装工艺的另
一挑战在于需要满足某些环境有害物质的法规
指令。为了在电子组件中消除这些有害物质，
元器件制造商需要重新考虑封装用材料、元器
件镀层用材料以及组装连接工艺用的金属合金
材料。
2 适⽤⽂件
2.1 IPC
1
J-STD-001 焊接的电气与电子组件要求
J-STD-020 非气密表面贴装器件潮湿/再流焊
敏感度分级
J-STD-033 对湿度、再流焊敏感的表面贴装器
件的处置、包装、发运及使用方法
J-STD-609 元器件、印制电路板和印制电路板
组件的有铅、无铅及其它属性的标记和标签
IPC-T-50 电子电路互连封装术语及定义
IPC-D-279 Design Guidelines for Reliable Surface
Mount Technology Printed Board Assemblies
IPC-D-356 Bare Substrate Electrical Test Informa-
tion in Digital Form
IPC-A-600 印制板的可接受性
IPC-A-610 电子组件的可接受性
IPC-SM-785 Guidelines for Accelerated Relibility
Testing of Surface Mount Attachments
IPC-1601 印制板操作和贮存指南
IPC-2221 印制板设计通用标准
IPC-2611 Generic Requirements for Electronic
Product Documentation
IPC-2614 Sectional Requirements for Board Fab-
rication Documnetation
IPC-2616 Sectional Requirements for Assembly
Documentation
IPC-4554 印制板浸锡规范
IPC-4761 Design Guide for Protection of Printed
Board Via Structures
IPC-7093 底部端子器件(BTC)设计和组装工
艺的实施
IPC-7094 Design and Assembly Process Imple-
mentation for Flip Chip and Die Size Components
IPC-7351 Generic Requirements for Surface
Mount Design and Land Pattern Standard
IPC-7525 模板设计指导
IPC-7526 模板和错印板清洗手册
1. www.ipc.org
2013年1月 IPC-7095C-C
1
IPC-7711/7721 电子组件的返工、返修
IPC-9701 表面贴装焊接连接的性能测试方法
和鉴定要求
IPC/JEDEC-9704 印制板应变测试指南
IPC-9708 鉴定印制板组件焊盘坑裂的测试方
法
2.2 JEDEC
2
JEP95 第4.5章 密节距（方形）球栅阵列封
装（FBGA）
JEP95 第4.6章 密节距（矩形）球栅阵列封
装（FRBGA）
JEP95 第4.7章 芯片尺寸型球栅阵列封 装
（DSBGA）
JEP95 第4.9章 用于搬运和出货的通用矩阵
托盘（BGA封装，低叠装）
JEP95 第4.10章 用于搬运和出货的通用矩阵
托盘
JEP95 第4.14章 球栅阵列封装（BGA）
JEP95 第4.17章 球栅阵列封装（BGA）测量
方法
JEP95 第4.22章 密节距方 形 球栅阵列封装
（FBGA），叠装封装（PoP）
JESD22-A102 高加速蒸煮试验方法
JESD22-A103 高温存储试验方法
JESD22-A104 热冲击试验方法
JESD22-A118 不上电的高加速湿气渗透试验
JESD22-B103 板子级别的振动试验方法
JESD22-B110 子组件机械冲击试验方法
JESD22-B111 板子级别的跌落试验方法
JESD217 球栅阵列封装SMT前空洞特性测试
方法
3 标准选择和BGA实施管理
每个电子系统都由各种接口、电子存储媒介以
及印制板组件构成。一般
来说，这些系统的复
杂度反映在所使用的元器件类型及其互连结构
上。元器件的复杂度通常通过其物理尺寸和输
入/输出端数量来判断，元器件的复杂度越高，
其内部互连的基板也越复杂。成本和性能驱动因
素已导致元器件密度增加，从而使大量元器件
连接在可安装面积缩小的单个组件上。此外，
通过提高器件I/O端口数同时减小触点节距，增
加了单个器件功能数。触
点节距的减小对组装
厂和裸板制造商带来了挑战，组装厂会碰到操
作、共面度及对准方面的问题。
元器件的普通封装和微处理器、存储器类的特
殊封装，驱动了其余电子组装的封装问题。元
器件封装的驱动力是其散热和电气性能、可靠
性、空间安装限制以及成本问题。器件外围引
脚的节距1.0mm已成为业界惯例，然而这样的
封装可容纳的引脚数不能超过84个，大型器件
外围引脚通常需要的节距
为0.65mm、0.5mm和
0.3mm。
尽管小于1.0mm的引线节距对于减小封装尺寸是
有用的，但密度的增加会给大部分制造商带来
很多问题。密节距的引线通常十分脆弱且是易
损的，会引起如共面度、引线弯曲和歪斜。贴
装这些封装时，必须采用带有视觉系统的贴片
机和托盘包装处理器。但这两项要求会大大增
加设备投资成本，图3-1显示了封装生产工艺的
一个例子。研发的BGA克服了由密节距、高引
线数外围器件带给组装的挑战。
由于BGA使用焊料凸点而非引线来进行互连，
故可消除由引线损伤和共面度所带来的问题。
1.0mm至1.5mm节距的 BGA，其间隙高度远超
250μm，因此由焊膏印刷、贴片、再流焊以及清
洗工作造成的问题大为减少。BGA同时也提供
了比密节距器件短得多的信号路径，在高速电
路应用中，较短的信号路径是十分关键
的。端
子类型也会影响输入/输出端的间距。
设计指南应该表明允许增加密节距器件与安装
基板的间距是重要的。除了免清洗助焊剂之外，
平贴于基板（小于250μm）的密节距器件几乎都
2. www.jedec.org
IPC-7095C-C 2013年1月
2
会产生清洁问题。因为小外形封装时清洗溶液
易于渗透，为了能够获得更好的清洗效果，基于
BGA的封 装尺寸推荐使用间隙高度为0.4mm至
0.5mm的封装。用临时阻焊膜覆盖封装底下的导
通孔避免助焊剂截留问题，但这个额外工艺会
增加制造成本。
3.1 基础架构说明 近几年设计已普遍采用BGA
组装工艺。尽管如此，需有专门的工程资源来
研发、实施和整合组装工艺，将BGA器件组装
到电子组件中。尽管
BGA主导了现有的SMT基
础架构，但为了能将BGA成功地配置到现有产
品中去，还必须解决技术方面的考量。
3.1.1 关于连接盘图形和电路板的考量 连接盘
图形是印制电路板的铜表面区域，它提供了元
器件的机械连接及其引线或端子的电气连接。
连接盘图形对制造来说是重要的，因为连接盘
的尺寸大小会影响焊点的一致性和可靠性，同
时也会影响清洁性和可测试性。连接盘图形对
栅阵列元器件更
加重要，因为栅阵列元器件焊
点的检验和维修／返工难度更大，因此需要搞
清楚BGA连接盘的设计问题。有必要确保形成
适当的焊点以避免如桥连、开路这样的缺陷而
达到最佳可靠性。以前连接盘图形设计是困难
的，因为元器件相关尺寸缺少标准化，同时也
没有可接受公差的规定。最近在标准化方面已
作了很多努力，标准IPC-7351－表面贴装设计
和连接盘图形标准的通用要求中，可找到用于
设计不同连接盘图形的三层结构规则。
BGA的连接盘 可以是阻焊膜限定（SMD），即
阻焊膜覆盖到部分 连接盘；也可以是金属限
定（MD），即阻焊膜远离连接盘。以上两种方
法各有其优缺点，具体怎样选择通常取决于BGA
的节距（可能会影响连接盘尺寸）或者BGA的
尺寸大小（可能会影响器件质量）。因为MD阻
焊膜可避免焊球塌陷时出现应力裂纹的机会，
这些条
件有助于金属限定（MD）的热应力可靠
性。也因为SMD型阻焊膜帮助连接盘附着在层
压板上，这有助于阻焊膜限定（SMD）的机械
冲击可靠性。印制板制造商和组装厂必须要解
决连接盘尺寸问题、可兼容的表面处理问题、
阻焊膜的对准问题以及电气测试问题。但在选
择合适的焊料合金和焊膏性质、开发温度曲线
以及针对广泛多样的印制板和元器件类型开发
一致的工艺方面，组装厂有更多的挑战。
尽管电子工业界持续报道已开发出越来越多引
脚数的新器件，但业内运用得最多的元器件其
引脚数还是在16至64个输入/输出端（I/O，以
下用英文简称）的范围之内。超过50%的元器件
的引脚数都在此范围之内，同时只有5%的元器件
晶片连接
已知合格
的晶片
开始
金属线键合 模压装配
使用倒装芯片工艺
进行芯片连接
芯片底部填充
在BGA基板连
接盘上印刷助
焊剂或焊料
BGA基板连接
盘上置焊球
进行电
气测试
检查
包装
出货
BGA基板连接盘
上连接焊球的再流
IPC-7095c-3-1-cn
图3-1 BGA封装制造⼯艺
2013年1月 IPC-7095C-C
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