【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第85页
6.7.4.5 导热 压 敏 带 导热压敏带 偶 尔 可 以 用 来 提 供 BGA 散热 所 必 要的 热导 率 。 这种 散热界 面 材料 已 逐渐 得到广 泛 使用 ， 因 为 操 作方 便只 要 将 其粘 贴在 需 冷 却 的 BGA 器件 表面 即 可。 6.7.5 BGA 散 热⽚连接⽅法 有 若 干 种 散热片 连接 至 BGA 方 法 ， 具 体说明 可 见 下面 插 图。图 6-33 展 示了 用导热胶 连接 BGA …
选择散热界面材料时，需要注意BGA和散热片
的表面平面度。再流焊过程中的BGA封装翘曲
和散热片接触表面的大公差会导致较大间隙，
这会造成界面材料可靠填充困难，从而会导致
导热性能变差和／或散热片连接变弱。
散热界面材料(TIM)的种类繁多，如下文所述。
6.7.4.1 粘合剂 金属填充环氧树脂和硅粘合剂
最早被广泛用作TIM。它们起着TIM界面材料和
机械连接材料的双重作用
，因为当它们固化后会
完全交叉连接而实现高强度粘结。因此与其它
TIM不同，当使用粘合剂时补充机械连接并无必
要。粘合剂的缺点为BGA焊接到电路板之后需要
热固化，还有散热片和封装之间可能存在的热
膨胀系数不匹配而导致的粘合界面严重分层。
粘合剂的另一个子类为压敏粘合剂（PSAs，该
粘合剂不需要通过固化来产生连接界面，但需
要施加一定
的压力，通常范围为20至30psi。它们
在BGA中的应用因此受到了限制，因为如果控
制不适当，可能反过来会影响到BGA的焊点。
6.7.4.2 硅脂 导热硅脂是一种金属填充聚合物，
它具有粘性液体的固有优势而能适应BGA元器
件和散热片间宏观和微观不规则性表面。与粘
合剂不同它们具有优异的散热性能且不需要固
化。导热硅脂
的主要缺点在于随着时间的推移
它们有从散热片和封装之间流出的趋势。这种
现象被称为“泵出”，是由温度循环期间作用于
粘合界面的机械热应力导致的。
6.7.4.3 相变材料（PCM）相变材料室温时为
固态，但当BGA表面导热时温度升高而转变为液
态。因为它们通常呈薄膜形态且不需要固化，
所以操作和添加比较方便。但它们的热传导性
质比导热硅脂
、粘合剂和其它TIM替代品要差，
故它们只适合在低功率器件上使用。
6.7.4.4 凝胶 凝胶由轻交联的硅聚合物组成，
并填充金属或陶瓷颗粒以实现TIM应有的热导
率。凝胶结合了导热硅脂和固化粘合剂两者的
优点，不会泵出也不需固化作业。凝胶的模量
较低减轻了热机应力而避免连接界面的分层。
它们有较高的体积热导率，已经被应用于BGA
包括
高功率CPU器件的冷却。
表6-11 材料类型对传导的影响
材料
热导率(K)
⽡特/英⼨°C ⽡特/⽶°C
克-卡路⾥/
cm °C • s
静止空气 0.0007 0.0276 0.000066
环氧基树脂 0.005 0.200 0.00047
导热环氧树脂 0.02 0.787 0.0019
铝合金1100 5.63 222 0.530
铝合金3003 4.88 192 0.459
铝合金5052 3.52 139 0.331
铝合金6061 4.36 172 0.410
铝合金6063 4.88 192 0.459
铜 4.93 194 0.464
低碳钢 1.19 46.9 0.112
表6-12 特定材料辐射系数额定值
材料和处理⽅式 辐射系数
铝板 – 抛光 0.040
铝板 – 粗糙 0.055
阳极电镀铝–任何颜色 0.80
黄铜 – 商用 0.040
铜 – 商用 0.030
铜 – 机加工用 0.072
钢–冷轧薄板 0.55
钢–氧化处理的 0.667
镀镍板 – 亚光处理的 0.11
银 0.022
锡 0.043
油漆 – 任何颜色 0.92-0.96
涂漆 – 任何颜色 0.80-0.95
相互靠近的器件、元件等会吸收彼此的辐射能
量。如果热辐射是热传递的主要方式，元器件
相互之间的“热”点必须要隔开。
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6.7.4.5 导热压敏带 导热压敏带偶尔可以用来
提供BGA散热所必要的热导率。这种散热界面
材料已逐渐得到广泛使用，因为操作方便只要
将其粘贴在需冷却的BGA器件表面即可。
6.7.5 BGA散热⽚连接⽅法 有若干种散热片
连接至BGA方法，具体说明可见下面插图。图
6-33展示了用导热胶连接BGA封装顶部的散热
片。这种粘合剂可同时起到热传导媒介和机械
连接媒介的作用。但是如同上文所提到的，这
种
技术需要焊接后的热固化以实现粘合剂交叉
连接和硬化的目的。
图6-34说明了通过 卡钩固 定 在 BGA基板并与
BGA封装顶部相连的散热片。但在安装卡钩时对
焊点有造成损伤的风险。这种方法的散热界面
材料采用的是导热硅脂或PCM或凝胶，即不需
要在散热片和BGA封装顶部之间提供较强的机
械连接。这种方法有一个缺点即散热片的重量
由
封装所承担，在机械冲击和振动过程中，BGA
焊球需要经受住散热片附加质量所产生的机械
应力。
图6-35展示了通过卡钩固定在印制电路板孔内并
与BGA进行连接的散热片。这些小孔不需要电
镀处理。与前面的情况不同，当卡钩作用时印
制电路板会支撑散热片的重量，但在机械冲击
和振动过程中依然会有一些应力传递到BGA焊
球上。另外，当组件垂直放置时散热片会对焊
点产生悬臂荷载，此荷载会使焊点失效早期发
生。
IPC-7095c-6-33-cn
图6-33 使⽤粘合剂将散热⽚与BGA连接
BGA
粘合剂
基板
散热片
IPC-7095c-6-34-cn
图6-34 ⽤勾住BGA器件基板的卡钩，将散热⽚与BGA连接
油脂/凝胶/
相变材料（PCM）
基板
卡钩
BGA
散热片
IPC-7095c-6-35-cn
图6-35 ⽤勾住印制板通孔的卡钩，将散热⽚与BGA连接
基板
卡钩
油脂/凝胶/相
变材料（PCM）
BGA
散热片
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图6-36展示的情况为通过卡钩固定由波峰焊接在
印制板上的柱 子，并将 散热片连接在BGA顶
部。在机械冲击和振动过程中，这种连接方法
传递至BGA焊球的应力比前面方法的更小。但
是柱子的焊点需要承受大部分应力。
图6-37展示了连接BGA的散热片直接通过波峰
焊接至印制板上。这种散热片设计有4个或以上
的引脚，在波峰焊接之前将它们插入板子的孔
内。与前面方法不同的
是，这种方法不需要任
何组装后加工来连接散热片。
图6-35、6-36、6-37中所示的三种方法有一个缺
点，在前两种方法中不会出现，即这些方法在印
制电路板需设计有安装孔，这些孔可能会减少
在各个电路板层用于布线的空间。对于高密度
板设计，这可能会影响电路板的最终层数。
6.8 ⽂件和电⼦数据传递 用于描述BGA元器
件的文件包通常由总图、总图形图、原图拷贝
（胶片或纸质）、安装结构组装图、元件清单和
电路原理图/
逻辑图构成。文件包可由硬拷贝或
电子文档提供。关于文件的所有信息也适用于
电子数据传递。由于许多CAD系统有自带的本
地数据库，大家都提倡用具有中性概念的某种
独特数据格式传输，从而避免将本地数据库发
送给供应商。
多年以来的最低通用标准一直是机器语言。它
最终被某些格 式 如IPC-D-356或IPC-2581所取
代。电子数据的存档应与
这些文件一致。作为
文件包一部分由计算机产生的数据传送应该满
足这些文件包中规定的要求。借助于自动化技
术，数据库应当详细列出生产印制板或裸芯片
安装结构所需的信息。这包括所有注释、电镀
要求、印制板厚度等。应采用试验图表来验证
所得数据是否与相关要求一致。
其它文件可能包括对于钻孔、布线、图库、测
试、照相底图和特殊模具的数控数据。有一些
适用于基本布局
、生产底版、安装结构本身和
成品元器件或印制板组件的设计和文件特点/要
求。这些都必须在设计裸芯片或BGA安装结构
时进行考虑。文件应当满足IPC-2611的要求。为
IPC-7095c-6-36-cn
图6-36 ⽤勾住焊接在印制板上柱⼦的卡钩，将散热⽚与BGA连接
油脂/凝胶/相
变材料（PCM）
基板
BGA
散热片
卡钩
IPC-7095c-6-37-cn
图6-37 将散热⽚引脚通过波峰焊焊接在印制板通孔中，从⽽将散热⽚与BGA连接
油脂/凝胶/相
变材料（PCM）
BGA
散热片引脚
基板
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