【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第31页
也 有 进展 ， 散热增 强 型 塑 料 封 装 已经 在业 界 被 广 泛 运用 。 散热增 强 型 塑 料 封 装的 功 率 过 去常 被 限 制 在 6-8W ，而通 过加 上 金属散热片 ， 塑 料 封 装可 以 满 足 达到 30W 的 运行 功 率 。 4.1.6 空间 基板 空间限 制 是 元器件尺寸 减少 的 重 要 推 动力 之 一。表面贴装 元器件 已 有广 泛 的 使用 ， 这 不仅 因 为 其尺寸小 ，并 且 能…
再流焊接到板上之前的端⼦横截⾯ 再流焊接到板上之后的端⼦横截⾯封装名称
焊球
连接盘
阻焊层
封装基板
焊点
电路基板
连接盘
阻焊层
封装
球栅阵列(BGA)
焊料凸点
封装基板
连接盘
阻焊层
焊点
封装
连接盘
阻焊层
电路基板
焊料栅阵列（SGA）
Package Substrate
⾼铅焊球
填充
阻焊层
连接盘
焊点
填充
封装基板
电路基板
连接盘
阻焊层
陶瓷球栅阵列（CBGA）
插座端⼦
焊点
电路基板
插座本体
连接盘
电路基板
填充
柱
陶瓷封装
陶瓷柱栅阵列（CCGA）
插座端⼦
预置焊料
插座本体
连接盘
填充
柱
陶瓷封装基板
Solder Charge™ SMT
μPLR
阻焊层
封装基板
连接盘
μPLR
阻焊层
封装基板
电路基板
PILR™
图4-1 ⾯阵列封装的端⼦类型
IPC-7095C-C 2013年1月
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也有进展，散热增强型塑料封装已经在业界被
广泛运用。散热增强型塑料封装的功率过去常
被限制在6-8W，而通过加上金属散热片，塑料
封装可以满足达到30W的运行功率。
4.1.6 空间 基板空间限制是元器件尺寸减少
的重要推动力之一。表面贴装元器件已有广泛
的使用，这不仅因为其尺寸小，并且能在印制
板两面都能贴装。随着引线数量的增加，即便
是在表面贴装，导体与导体节距也必须减
小以
使封装尺寸保持在可生产的范围之内。
随着BGA封装的触点节距的减小，在给定面积
下安装更多元器件的机会相应增加。尽管现在
的印制板空间在单位面积内可以支持更多的功
能，但诸如密节距BGA等元器件互连时可能需
要更窄的导线和更密的导线间距。对于元器件
密度较高的组件，需要较多数量的导电层来保
持较小的印制板形状因数。
4.1.7 电性能 电性能驱
动因素包括信号的完
整性、工作频率、功率以及引线数量。随着频率
的提高，改善阻抗控制的需求以及封装插入损
耗的最小化将是个问题。当进行阻抗控制时，
人们必须要考虑到防止/抑制反射的需要。如果
这些端子与临界信号的源点和／或负载点并联
连接，会使得功率消耗增加。即使其它条件相
同，高频运行本身会驱使
功率按频率的平方上
升。同样地，已增加对低功率半导体的研发以
试图减少复杂数字集成电路的平均功耗。幸运
的是，由于集成电路工艺已经相当成熟，每个
逻辑运算单元的功率会随着更小的器件外形尺
寸而减小。对于陶瓷封装的情况，即使随着高
速器件的键合连接盘的增加，也可利用内在的
高封装电容值以及运用封装内置的旁路电容，
使得电源和接地分布所需的引脚数量增长需求
保持最小。
4.1.8 机械性能 BGA组件对于由机械冲击、
振动和弯曲导致的其它失效模式的耐受性也应
被评估。IPC-9702、IPC-9703、IPC-9704、IPC-
9707以及IPC-9708中描述的程序为完成诸如机
械冲击和弯曲测试之类的评估提供了指南。由
这些暴露类型所引发的互连失效模式已超出焊
点失效模式
。通过机械试验观察到的另一个失
效模式为焊盘坑裂，具体表现为BGA焊盘下面
的印制电路板树脂层的断裂。这些裂纹开始于
BGA焊盘边缘，之后持续扩张穿过下面的树脂
层。该断裂模式会有许多种，可能是在铜焊盘
及其之下的树脂之间粘结失效，也可能是由树
脂层整体的断裂导致的粘合失效。
当 连接BGA焊盘的 线 路 断 裂时会发生电气失
效。
取决于机械荷载的位置，导线断裂会发生在
BGA底部的焊盘坑裂扩张之前或之后。这种现
象会导致潜在缺陷的风险，产生长期可靠性问
题。焊盘坑裂最初可能出现于组装过程的机械操
作，但此时的测试并不能探测到电气失效。后续
的热-机械作用暴露可能会导致裂纹扩张贯穿导
体，在随后的现场运行中引发电气失效。即使线
路没有裂纹
，层压板裂纹也可能会使更多的湿
气进入，从而导致阳极导电丝的形成（CAF）。
4.2 BGA封装中的芯⽚安装 BGA中的芯片有
许多安装方式。根据芯片至焊球阵列信号传输
的介质的不同，有三种主要变化。这三种最基
本设计中，信号分别通过导线、导电材料（倒
装芯片）或导电带状引线传递。基板材质可以
是陶瓷或有机材料。封装的性质取决于基板材
料的性质及其尺寸参数。下文会对较为常用的
一种芯片到封装组装方法进行介绍。
4.2.1 ⾦属线键合 BGA金属线键合有两种主
要形式，它们分别为板上芯片直装（COB）－芯
片主表面背对基板，还有芯片上基板(BOC)－
芯片主表面向上正对基板。对于这两种结构，
芯片上的键合焊盘都布置在外围部分，键合线
通常从芯片的周围连接到围绕芯片的基板连接
盘上。
芯片可用导电或非导电的粘合剂与基板相连。
当芯片背
面需要电气连接时规定必须使用导电
粘合剂。但缺点是当封装内电路布线时，无法使
基板面积小于或等于芯片大小。如果芯片不需
要背面的电气连接，在基板上安装芯片时可以
使用非导电粘合剂进行连接。在这种情况下，
芯片下方的区域可以用作信号布线。
为芯片连接所选用的粘合剂要保证不能对线条
的机械完整性以及电气信号的完整性有负面影
响。按照芯片连接和粘合剂固化工艺，将芯片
与基板进行电气连接。芯片上的键合焊盘与
基
板上的键合焊盘通过金线（可行时或铝线）进
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行电气连接。基板上的导线通过镀覆通孔将信
号 由 导线键合焊盘传递至 基板底部的BGA焊
球。按照引线键合工艺，芯片与键合区域通常
采用密封保护，用封装材料顶部包封或对其进
行模压成型。封装的另一种替代方法是组装后
粘接一个预成型的上盖。
在BOC或芯片正面向下结构中，芯片上的键合
焊盘可布置于芯片周围或成一排或成多排的形
式布置于芯片中心。基板设计成一个窄槽以容
纳芯片一排或多排
的键合焊盘，用于将芯片连
接至基板上的粘合剂涂抹在键合焊盘的左侧和
右侧。粘合剂可以膏状或膜状的形式施加。芯
片的主表面或者说是电路面，面向下连接到基
板，该基板带有裸露键合焊盘的沟槽，典型的
如图4-2所示。
紧接着芯片连接和粘合剂固化，芯片上的键合
焊盘与基板上围绕沟槽的焊盘以金属线键合的
方式相连。在金属线键合之后，导线和裸露的芯
片表面被封装所保护
。值得注意的是此时需要
去除一行或几行网格阵列以容纳用于基板和芯
片之间键合的沟槽。同时也需注意的是金属线键
合是在芯片中央完成的，因此芯片周围并不需要
额外的外围区域用于芯片和基板的连接。图4-3
展示了模封BGA封装的顶部和底部。
4.2.2 倒装芯⽚ 倒装芯片（或芯片直连）消除
了金属线和芯片连接的需要。在这项设计中，
预凸型芯片的电路面倒置向下，此面上的连接
盘通
过焊料或者导电粘合剂与基板上的连接盘
相连。然而芯片键合焊盘并不会立即与焊料或
导电粘合剂连接工艺兼容。在芯片晶圆被分割
之前，带有焊料兼容合金成分的焊料凸点是最
常见的工艺之一。要选择焊接材料以及焊盘结
构凸点材料来优化电气和机械连接，如图4-4所
示。
导电粘合剂或聚合物连接也可被采用；然而，
芯片凸触点需要用“贵”金属合金以便与粘合
剂
中的导电合金颗粒相兼容。这种合金凸点或
焊球可以通过电镀或焊球键合工艺施加于芯片
键合焊盘。如果使用焊料或各向同性导电粘合
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图4-2 BOC BGA 结构
密封材料
焊球
聚酰亚胺薄膜
硅片
阻焊层
金属线键合
粘合剂
顶部
底部
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图4-3 BOC类BGA模封后的顶部
IPC-7095c-4-4-cn
图4-4 BGA基板上的倒装芯⽚（带凸点的芯⽚）
散热片
导热膏
倒装芯片焊球
封装基板
BGA焊球
线路板
底部填充
晶片
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