【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第50页
4.8.5 湿度敏感度（ 烘烤、贮存、操作、再烘 烤 ） J-STD-020 和 J-STD-033 规定 了 湿度敏 感要 求。 J-STD-033 提 供 了关 于 潮 湿敏 感 元器件操 作 的信息。 元器件湿敏性 可 分 成 如 表 4-10 所示的 八种 级别 。 这些 分级定义 了 元器件 从 密封 包装 袋 取 出 之 后 可 以 存放 在 生 产 车间的时间。 暴露 在 周 围 空气 中 超 过规定 的时间的 元器件 ，…
基材或PCB连接盘处撕开，是湿润良好的积极
信号。对于良好的连接，不应有任何未被湿润
的区域。
4.8.4 封装和焊球共⾯度 封装共面度是下列
因素共同作用的结果：
1. 封装厚度、节距和散热要求
2. 基板设计、材料和制造工艺
3. 器件（芯片）数量-尺寸和厚度
4. 无源元件数量-尺寸和厚度
5. 组装材料和制造工艺
一般室温下规定的共面度不
总能保证该元器件
在SMT时形成良好的焊点。无论室温共面度怎
样，再流焊接过程中的封装行为（动态翘曲）
会导致与焊料接触或好或坏。封装的动态翘曲
取决于封装CTE（封装尺寸、芯片尺寸、封装
材料）。动态翘曲的标志可通过阴影叠纹技术来
描述，并应满足翘曲再流焊规范。
封装最终共面度是在本节开头提及的因素非常
复杂组合的结果。因素
1和因素2对于封装共面
度的影响占很大百分比（达70%）。焊球的使用
类型决定了封装成品组装至电路板期间，封装
总体共面度的可接受程度。塌陷式共晶焊料和
锡合金基焊球是最普遍的，因为它们可以弥补
较大的封装不共面的问题。
JEDEC设计指南目前以其最大直径来定义焊球
触点直径（b），如用平行于底座面即基准面
C的
平面量测。图4-30所示的细节定义了控制共面度
（ccc）的轮廓公差带以及封装顶表面（bbb）和
底座面（基准面C）之间的平行度限值。
封装的高度是从封装上表面到封装底座面（这
里是焊球与主印制板安装接触面）量测到的距
离。封 装的上表面保 持与底座面 平行是重要
的，因为它要适应元器件测试、检验和组装等
操作。平行度的双边公差带（bbb）参考封装表
面相对于基准C（底座
面）的平行度。
4.8.4.1 FBGA共⾯度⽰例 随着焊球直径增加，
共面度公差极限变化很小。下面显示的是按焊
球尺寸的可控共面度（ccc）：
焊球0.30mm，共面度(ccc)0.08mm
焊球0.40mm，共面度(ccc)0.10mm
焊球0.50mm，共面度(ccc)0.12mm
单向轮廓公差带（ccc）由底座面向上延伸，焊
球触点的最低点必须要在公差
带内。每个焊球
都有一个与其直径“b”相关的公差带，它通过
基准面A和B准确定位并与基准C垂直。每个焊
球中心必须位于公差带内。焊球触点的位置公
差通过关于封装轮廓基准A、B和C来定义，如图
4-31所示。
与焊球直径（b），基本节距的间距（e）相关的
公差带阵列控制了
焊球的位置。设计指南允许阵
列关于公差带“ddd”上下浮动；然而，焊球中
心必须同时位于两个公差带内。关于BGA测量的
更多细节，可见JEDEC JEP95，第4.17章（BGA
测量和方法）。
图4-29焊球/连接盘表⾯焊接状况⽰例
焊球的平整底部 应该已被连接焊球的FBGA上的焊盘
nX
ccc
C
bbb
C
C
A1
IPC-7095c-4-30
图4-30建⽴BGA共⾯度要求
A
B
C
C
ddd
eee
M
M
b nX
IPC-7095c-4-31
图4-31 焊球触点位置公差
2013年1月 IPC-7095C-C
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4.8.5 湿度敏感度（烘烤、贮存、操作、再烘
烤）J-STD-020和J-STD-033规定了湿度敏感要
求。J-STD-033提供了关于潮湿敏感元器件操作
的信息。
元器件湿敏性可分成如表4-10所示的八种级别。
这些分级定义了元器件从密封包装袋取出之后
可以存放在生产车间的时间。暴露在周围空气
中超过规定的时间的元器件，使用之前必须再
烘干，以排出过多已吸收的湿气。
许多BGA为湿度敏感器件；特别要小心载带球
栅阵列（TBGA）和倒装
芯片密节距球栅阵列元
器件（FBGA）。陶瓷BGA/CGA通常对湿气不敏
感。J-STD-020限制了允 许 封 装 吸 收湿气的时
间，但建议BGA至少满足等级3的规范。站在制
造操作的角度，特别不想要湿敏等级5和等级6
的器件，因为它们需要额外的车间和元器件处
理的管控。对于湿敏等级6的器件，必须备有烘
烤炉。取决于封装的厚度
和尺寸，烘除需要在
125°C的 环 境 下 进行4至48小时 或 在 40°C环境
下进行5至68天。为了将湿气从BGA元器件里排
出，应该建立一个推荐的烘烤周期。需要注意
的是无铅焊料需要较高的再流温度，这需要一
个更严格的除湿烘烤周期。
4.8.6 运输媒介（载带、托盘、管） 同所有
表面贴装元器件一样，BGA器件应采用满足适
当标准或规范的静电
放电（ESD）材料予以包
装。由于许多BGA为湿敏类型，BGA器件应该用
JEDEC承认的、能耐受多个烘烤循环的矩阵托
盘包装。对于不同等级的湿度敏感器件，要求
的烘烤温度和时间见4.8.5节。
为了组装周转更快，优先采购卷带包装形式的
大批量元件，如SRAM和DRAM器件。元器件大
小和湿度敏感问题使得卷带包装不适用于某些
BGA。宽达56mm卷带是可
用的，且应至少提供
200mm的卷带“料头”。烘烤卷带中的元件要小
心，因为这类包装的烘烤温度通常受限制而比
矩阵托盘的烘烤温度要低。
4.8.7 焊球合⾦ 随着BGA元件编号的变化，
元器件制造商应建立一种方法以清楚识别BGA
焊球采用的焊料合金的金相。J-STD-609提供了
一种方便的方法来识别BGA焊球合金。客户
可
能会通过使用诸如X-射线荧光（XRF）的筛选
方法来验证BGA合金。
5 印制板及其它安装结构
印制板（PBs）和其它类似类型的互连平台作为
BGA和其它元器件的安装结构。有多种多样的
安装结构可实现各种互连基板要求。这些结构
使用了广泛的材料：既有有机的也有无机的，
它们具有宽泛的物理性质。材料的选择通常是
基于成品价格/性能的需求。
5.1 安装结构类型 以下是对一些较
常用的安
装结构基板的评估。
5.1.1 有机树脂系统 有机基板最常用于构建
电子互连结构。有机类基板在全球范围内已建
立起完善的生产基地。庞大生产基地的结果使
得在各种竞争性技术中采用此结构的有机材料
的成本最低。有机材料具有内在的良好电气性
能，最显著的是其相对低的介电常数，通过选
择树脂和增强材料，其值会更低。通常用玻璃
布来
增强刚性有机基板，挠性基板通常无需增
强。
5.1.2 ⽆机结构 无机基板是有机基板的替代
品，它们通常为由烧结金属氧化物构成的耐火
材料。尽管它们通常很脆，但是它们拥有一些
有机材料不具备的显著优点。
优点中首要的是出色的热性能。如同有机基材，
它们也有许多材料可供选择：陶瓷、硅片和陶
瓷金属。这些材料比有机基材表现
有更好的介
电性能。由于很脆，所以一般很容易破碎。由
于无机材料供应基地更有限，所以这些材质一
般都比较贵。
表4-10 潮湿敏感等级和车间寿命
等级
当⼯⼚环境≤30°C/60%RH或规定条件
下的车间寿命（从包装袋取出）
1 当≤30°C /85% RH时，无限制
21年
2a 4周
3 168小时
472小时
548小时
5a 24小时
6 使用前强制烘烤。烘烤后，必须在标签注明的时限
内完成再流焊
IPC-7095C-C 2013年1月
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5.1.3 分层（多层、顺序或积层） 尽管单、
双金属层电路使用依然很普遍，但需要多层互
连结构以支持当今高性能电子中的BGA互连。
制造多层电路板产品有数种方法，传统的多层
板是通过印刷和蚀刻覆铜基板的薄层，然后经
层压成为一个整体结构，该结构可通过钻孔和
电镀将层间在需要的地方连接起来。
但最近已研发了替代结构以解决与BGA相关的
高密度和布线困难
问题。这些新结构使用许多
不同的方法以形成适合的多层结构。这些新结
构分别称作积层多层、顺序多层和层压多层。
这些结构的一个关键特征是使用非常小的导通
孔。术语微导通孔用以描述这些极细小的互连。
典型的微导通孔直径小于150μm，并且有一个诱
捕连接盘（导通孔起始点）和一个更小的目标
连接盘（导通孔终止点）。图5-1所示为不同的高
密度互连印制板（HDI）
（见IPC-2226）。
5.2 安装结构性质
5.2.1 树脂系统 有许多不同树脂系统适用于有
机层压板结构。传统的树脂系统具有为人所熟知
的悠久历史，并且值得信赖。然而为了支持欧盟
无铅法规要求的运动，许多新树脂正被开发以
满足再流焊更高温度组装的要求。测试方法也
已得到开发，如Td（分解温度）和T260、T288、
T300（分层时间），要量化材料的属性以符合新
欧盟要求。一些新的树脂系统归类在IPC-4101的
分标准中，如4101/99、
/101、/121、/124、/126
和/129。
5.2.1.1 环氧树脂 环氧树脂是使用时间最长的
有机树脂，也 是 印制电路板最常 用 的 树脂之
一。在合理的成本内，它综合提供了良好的物
理、电气和加工性质。表5-1提供了它们的常规
性能。对于无铅应用，已开发了较高耐温能力
的环氧树脂，可以以较低的成本获得。
5.2.1.2 聚酰亚胺 当前使用的树脂系统中，聚
酰亚胺提供了最高的工作温
度，它在军事应用
中一直受欢迎。预期在该应用中，现场存在对
板子用不受控的焊接工具进行返工和返修的可
能。由于它的玻璃化温度高，当用不受控的焊
接烙铁拆除或更换元器件时，聚酰亚胺可提供
了一个安全余量和潜能以减小对板子的损伤。
表5-1提供了它们的常规性能。
5.2.1.3 双马来酰亚胺三嗪 因为结合了在合理
成本下的高温能力，双马来酰亚胺三嗪BT树脂
是
BGA封装构造中最常见的选择。表5-1提供了它
们的常规性能。
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图5-1 不同积层结构⽰例
A. 穿孔后共压结构 – IV型，HDI构造
B. 顺序积层多层 – II型，HDI构造
C. 具有外部微导通孔层互连的⽆源基板 – IV型，HDI构造
D. 填塞导通孔，顺序共压基板 – ⽆芯V型，HDI构造
A
C
B
D
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