【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第91页
过 程中都不发 生塌陷 且 所有 焊 料 填充 都要求通 过焊膏 来 满 足 。 有 些 陶瓷 BGA 不 使用非 塌陷 焊 球而 使用 在 再流 焊 中会发 生塌陷 的 无铅 （ SAC ） 焊 球， 它 对 焊点 填充 的 贡献 如 同 锡 /铅焊 球在 塑 封 BGA 中一 样 。 表 7-2 中所示 数 值 并不 适 用于 塑 封 BGA 或使用 可 塌陷 焊 球的 陶瓷 BGA 。 为了 使 含有 非 塌陷 焊 球（ 铜或 者…
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
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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）
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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
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过程中都不发生塌陷且所有焊料填充都要求通
过焊膏来满足。
有些陶瓷BGA不使用非塌陷焊球而使用在再流
焊中会发生塌陷的无铅（SAC）焊球，它对焊点
填充的贡献如同锡/铅焊球在塑封BGA中一样。
表7-2中所示数值并不适用于塑封BGA或使用可
塌陷焊球的陶瓷BGA。
为了使含有非塌陷焊球（铜或者Pb90/Sn10）的
陶瓷封装获得正确的锡膏量，需要用开孔放大
的模板套印连接盘或使用较厚的模板印刷。对
具有CBGA的电路板上的其它元器件，需要对开
孔尺寸进行修改以抵消由较厚的模板带来的影
响，或有必要时也可以使用阶梯模板。
7.1.2 元器件贴装影响 进入BGA技术阶段也
需要一些新的组装能力。取决于贴片机系统的类
型，需要对封装运载机构进行改变以将封装从矩
阵托盘转移至需要贴装的位置。基准点可帮助
视觉系统辨识BGA
连接盘图形的确切位置，这
就如同在密节距外围引脚元件中所用的一样。
取决于器件体的尺寸，卷带料上大型BGA元件
需要44mm和56mm的供料器，而最常见的BGA
供料器是JEDEC托盘。
7.1.3 贴装视觉系统 贴装精度是BGA工艺的
十分关键的部分。强烈建议在机器贴装之后不
要移动BGA，因为这可能会造成相邻焊点间的
桥接，而连接情况
不能通过肉眼观察到。贴片
机的精度很大部分取决于视觉系统和吸嘴把持
元器件的能力。视觉系统与实际应用的匹配性
也是很重要。视觉系统在贴装之前决定了元器
件的X、Y坐标和偏移角。除了决定了元器件的
偏移程度，视觉系统也可以检测元器件的尺寸
完整性和遗漏的焊球。基于CCD（电荷耦合器
件）摄像头的系统采用了两种照明方法，被称
为二进制与灰阶
。这两种方法对光亮度和对比
度的变化都是很敏感的。
灰阶系统使用前置照明，从底部照亮元器件。
表面特征会反映至CCD摄像头以供处理。二进
制系统使用背光照明，从上方照亮元器件。元
器件的轮廓被投影至CCD摄像头以供处理。二
进制成像是这两种方法中较早的一种，使用黑
白图像的差异来对特征进行定位。灰度值系统
通常可
以体现出256级对比。这两种系统都采用
一种算法来确定元器件的中心。相对于灰阶成
像，二进制成像对于计算能力的要求较低。
灰阶成像基于焊球位置进行BGA元器件贴装，
而二进制成像则根据元器件轮廓进行BGA元器
件贴装。在某些情况下，BGA外形和焊球之间的
公差很大。因为可以减少由元器件外形变化而
导致的贴装误差，灰阶成像更适合于贴装BGA
元器件。
贴片机吸嘴设计因供应商而异。选取合适的吸
嘴是很重要的，这需要有足够表面积能把持元
件同时避免在贴装过程中的偏移。吸嘴必须要
紧贴元件，不允许有真空泄漏，接触感应装置
是需要的，它有助于控制Z轴方向（垂直）的主
轴行程，因为它可防止元器件在真空吸嘴和基
板之间受到挤压。
7.1.4 再流焊及曲线 再流焊是具有许多变量
的复杂工艺。所有量产用的再流系统都包括对
流、传导和辐射等三种热传递方式，每种方式
的程度取决于再流系统的设计，所有设计都致
力 于 达成相 同的基 本 结果。再流焊包括 五个
不同的阶段，分别为：（1）焊膏中的溶剂蒸发，
（2）激活助焊剂并产生助焊活性，（3）对元器
件和印制电路板进行预热，（
4）融化焊料并发
生恰当润湿，（5）冷却已焊组件。
需要明白的是，不管再流焊采用的基本热传递概
念是什么，BGA元器件下焊球主要是通过互连基
板的热传导受热的，其说明如图7-3所示。最佳再
流焊温度曲线（温度vs.时间）包括峰值温度随
着特定封装和整个组件的不同而变化。然而，
作为一个指南，当使用SAC305焊膏对带有SAC
305焊球的BGA
封装进行焊接时，对复杂度一般
的PCBA，最小峰值温度应不低于约240°C。当
使用锡/铅共晶焊膏对带有SAC305焊球的BGA
封装进行焊接时，部分情况下的最小峰值温度可
低至大约为215°C（推荐恰当的再流温度，见表
7-3）。
在过去几年，再流焊设备变化频繁。采用了五
种设计概念：汽相、灯红外（IR）、面板红外、
强制热风
对流和二极管激光。汽相再流技术最
先发展并流行了几年。最终红外成了首选的方
法。如今强制热风对流（提供95%的总热量）加IR
辅助（提供5%的总热量）技术是需要惰性气体
作为再流气氛的某些应用的选择方式。二极管
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激光焊接是业界的新式技术，主要应用于高端、
高可靠性应用如航天、军工或者医疗行业。
7.1.4.1 强制热风对流 对流加热是现今的选择
方式。热量通过低速率的热风传递至印制板组
件（PCA）。强制热风对流为非接触加热方式，
其中也有一些热量是通过辐射传递的。热量传
送至物体的速率与热风和PCA之间的温差直接
成正比。
在线
强制热风对流系统有三个主要部分：（1）
预热，（2）再流焊和（3）冷却。每个区都包含
多个上温区和下温区。温区的数量对于传输速
度以及用户对炉温微调能力都有直接的影响。
增加温区使得用户可以有更高的带速，同时允许
用户灵活精确设置炉温曲线。低产能的再流焊
系统有3或4个温区（一个温区包括有上、下加热
器）。中等产
能的再流焊系统有5或6温区，而高
产能系统会有7个或更多温区。通常来说，有六
个温区的系统就满足大部分再流焊要求，包括
超大PCA和相当高的传输速度（可达到60cm／
分钟）。炉温曲线的变化是通过调整传输速度，
上温区和下温区温度设定来完成的。
7.1.4.2 再流⽓氛 再流焊炉中的气氛影响焊料
润湿。在氮气环境中进行的再流焊接可改善焊
点的润
湿性，有时也可对处于可润湿边际的电
路板表面或已氧化的焊球进行补偿。为了在氮
气环境中获得焊膏的最大好处，建议对其中的
氧气含量进行监控，以控制其处于以确定的工
艺限值范围内。
随着产品转向无铅技术，无铅焊膏的可焊性并
没有锡铅焊膏那么好。如果焊膏选择不正确，
可能的情形是再流焊前用于清除焊膏、连接盘
和焊球上的氧化物
的焊膏活化剂会被耗尽。这
会造成焊点形状不均匀以及连接盘可能未被润
湿。在形成空洞时，一些焊膏成分也可能会受
到再流气氛的影响。当对OSP表面处理使用无铅
工艺时，最 好 在 氮气 环 境 中对产品进 行再流
焊接，特别是采用混合技术组件有通孔填充问
题时。通孔填充问题会在无铅工艺中出现，特
别是当使用免清洗助焊剂和第一代或第二代OSP
时。使用水溶性强活性助焊剂
和第三代OSP有助
于尽量减少通孔填充问题。
在氮气环境中对OSP板再流，不但可以为下游工
艺保持连接盘的可湿润性，同时也可尽量减小
对在线测试（ICT）测试有影响的测试点或导通
孔的氧化。
7.1.4.3 时间/温度曲线 焊接曲线，也被称为
温度曲线，是制造工艺中能够显著地影响产品良
率的关键因素之一。传送带速度和面板温度是
焊接曲线开发的
两个变量。焊接炉温曲线不仅
与特定产品有关，同时也与助焊剂有关。不同
的焊膏需要不同的曲线以优化性能，所以在开
发焊接曲线之前咨询焊膏制造商是很重要的。
在开发焊接曲线时，实装印制板对于曲线的开
发是必要的。从给定的带速开始，便用热电偶
监测板子正面温度。大部分新式再流焊炉有内置
热电偶和软件以记录温度曲线。同时，商业性
的软件和硬件
包，如MOLE、数据包和许多其它
工具已经问世，使得温度曲线开发更加简便。
使用这样的曲线开发工具对锡/铅组件一直是重
要的。如今不仅很重要，而且十分关键，因为
这类曲线工具被应用于每种产品以求达成较好
的良率，而且不会超出不同类型元器件所要求
的温度限制。表7-3提供了锡/铅和无铅组件以及
混装组件的主要再流焊温度曲线（向前和向后
兼容
性曲线）。需要注意的是对于无铅焊料和向
前兼容性的曲线是相同的。
对于锡/铅焊料，业界对该焊料成分一直有的共
识是：63%锡37%铅的共晶焊料，熔点为183°C。
对于这种成 分 ， 熔点（183°C）和峰 值温度
（220°C）之间有很大的温差。尽管推荐将整块
电路板间的温度保持在210~220°C，人们很容易
偏离而将温度维持在190~225°C之间，其温度范
围差是35°C，这种情况仍能达到良好的再流焊
结果。
IPC-7095c-7-3-cn
图7-3 BGA或其附近各位置的峰值再流温度⽰例
220°C
240°C
245°C
为无铅焊料
为无铅焊料
230°C
235°C
260°C
225°C
为锡/铅
为锡/铅
205°C 217°C
230°C
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