【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第99页

使用聚合物强化 BGA 与印制电路板互连市场中常见的方法有三种。包括全毛细流底部填充、部分毛细流底部填充和角落施加粘合剂。无流动底部填充技术正在研发之中，但是还没有在大批量制造（ HVM ）中应用这种方法。一些研究表明，相比于没有聚合物增强，在代表性的封装上能看到其抗冲击和 …

7.1.8 封装间隙⾼度封装间隙高度是决定BGA

焊点可靠性的主要参数之一。BGA的间隙高度

定义为封装基板底部连接盘与印制板表面顶部

连接盘之间的距离。此距离随焊球类型的变化而

不同：高铅类焊球保持着非常一致的尺寸；共

晶焊球则会使封装间隙高度减小。这也被称为焊

球塌陷高度。举例来说，当1.27mm锡/铅BGA焊

接至封装时塌陷0.1mm，而

当焊接到板子时，焊

球则有0.2mm的额外“塌陷”。所以总的来说，

对于1.27mm的焊球可以预期比再流前的值会减

少0.25mm至0.30mm。高铅和铜焊球不塌陷，因

为它们不熔化。在建立工艺期间应该验证无铅

BGA的间隙高度。建议建立工艺来重现具体元

器件的间隙高度。

在再流焊之后，决定BGA封装与电路板间隙高

度的因素包括球BGA封装重量、焊球尺寸、

焊球

材料、连接盘尺寸和连接盘构造（阻焊膜限定或

非阻焊膜限定）。间隙高度会随着封装重量增加

而减小。然而，对于有较高焊球数的封装，封

装重量对于间隙高度的影响可能会较小。有关

这两种参数之间关系的一项研究发现，对于615

个焊球、1.27mm球节距的BGA封装，封装重量

增加5倍，间隙高度只下降约0.05mm。

由于每个焊球有较大的焊料量，较大的焊球尺

寸导致

有较大封装间隙高度。间隙高度与连接

盘直径成反比，对于非阻焊膜限定（SMD）

连接盘，连接盘外围没有阻焊膜而使间隙高度

减小，这是因为焊料会沿着导体和连接盘边缘

向外润湿。如图7-10所示。

7.2 SMT后⼯艺

7.2.1 敷形涂覆敷形涂覆用来防止元件表面受

潮进而腐蚀。敷形涂覆应加以规定以满足IPC-

CC-830的要求，并应在主组装图纸中予以规定。

当有UL强制要求时，涂层

应当由UL批准以供印

制板制造商使用。

设计师应当认识到兼容性问题。敷形涂覆层是

一种符合电路板及其元器件形状的电气绝缘材

料。应用它的目的是改善表面介电性能并保护

他们免受恶劣环境的影响。敷形涂敷通常不需

要施加在没有电气导体的表面或区域（见IPC-

2221，4.5.2节）。

敷形涂敷可能为五种类型中的一种。对于指定

的类型，敷形涂敷厚度应当如下：

• AR-丙烯酸树脂，

0.03至0.13mm

• ER-环氧树脂，0.03至0.13mm

• UR-聚氨酯树脂，0.03至0.13mm

• SR-硅树脂，0.05至0.21mm

• XY-对二甲苯树脂，0.01至0.05mm

主要有三种化学类型在敷形涂覆中使用。他们

是硅弹性体、聚对二甲苯和其它有机物。所有

敷形涂覆类型提供了不同层次的防护，以防止

来自溶剂、水分、腐蚀、电弧及其他危及电路

工作的环境因素。

较厚

的敷形涂覆也可用作防冲击和振动的阻尼

介质。这种形式的应用会在低温波动时给玻璃

和陶瓷密封元件带来机械应力风险。使用这种

材料会需要缓冲材料。

应当注意防止敷形涂覆材料未布满BGA。相关

测试表明当用敷形涂覆材料对BGA底部完全填

充时（对二甲苯树脂除外），由于Z轴方向上的

膨胀，焊点疲劳失效会在热循环测试中发生。

因此，不建议使用敷形涂覆

材料作为底部填充

物。

敷形涂覆不应该与密封材料相混淆。密封剂作

为芯片元件封装的一部分，主要用来保护裸芯

片。塑封材料为BGA提供外部防护。密封材料

和散热涂层的兼容性问题是非常相似的。

7.2.2 底部填充和粘合剂的使⽤ BGA可能需

要使用粘合剂以进一步加强封装与PCB的互

连。近年来，无铅焊料的应用和节距的减小造

成封装结构更脆弱，特别是那些受冲击和弯曲

的区域。电子设备正变得越来越小，而较小的

设备携带机会多但跌落机会也多，使得对冲击

和跌落的规范有更多的要求。这些因素促使在

电子封装中底部填充和结构粘合十分常见。

BGA封装的聚合物加固材料正快速应用于许

多电子产品。这些方法的早期应用领域包括手

机、MP3播放器、PDA、相机、医疗电子、航

空电子和军事用途。一些正使用底部

填充和其

它环氧树脂的新兴市场包括笔记本电脑主板和

超便携移动PC。台式电脑的主板和服务器主板

对使用BGA聚合物加固材料有抵触。但当BGA

封装变得愈加脆弱，这些市场也可能运用这种

方法。

IPC-7095C-C 2013年1月

使用聚合物强化BGA与印制电路板互连市场中

常见的方法有三种。包括全毛细流底部填充、

部分毛细流底部填充和角落施加粘合剂。无流

动底部填充技术正在研发之中，但是还没有在

大批量制造（HVM）中应用这种方法。一些研

究表明，相比于没有聚合物增强，在代表性的

封装上能看到其抗冲击和弯曲性能改善大约100-

200%。BGA的聚合

物增强比许多其它已尝试过

的方法都要优越（更大的连接盘尺寸、金属限

定连接盘、改换连接盘形状等等）。

BGA封装的形状参数（即本体尺寸和／或焊球

节距）不是采用聚合物增强的主要决定因素。

使用BGA元器件的细分市场，对于决定是否需

要在角落点胶还是在底部填充更关键。产品设

计人员必须要确定产品是否需要对BGA进行

额外的机械保护以满足市

场特定的可靠性要求

（例如：冲击、弯曲、振动、跌落、温度循环

等等）。

图7-11表示覆盖于可靠性要求与代表性电子设备

设计寿命对比图中的一些典型粘合方法的概念

图。在此图中，按其概念分组有三种区别的胶

粘方式。

第一组用⾼性能底部填充组装，这些包含在温

度循环和冲击方面期望有最高性能的设备。此

类设备的预期寿命长达10-20年或更多，包括航

空电子设备、军

事电子设备、医疗设备和汽车

电子设备。通常使用的底部填充材料是低分子

量树脂，在流动期间可用较小颗粒尺寸的填充

材料完全充实底部以最小化空洞的形成和填充

剂的分离。这些材料可能需要较长时间固化且

不能进行返工。对于这种市场的产品，性能是

最终驱动力而不是成本。

下一组分类为⼯艺导向的底部填充。这些产品

包括手机、智能手机

、MP3播放器和平板电脑。

这种市场的产品在抗冲击方面的高性能是必需

的。温度循环性能的需求可能不苛刻，因为这

些移动设备在低功耗下运行环境更凉爽。对于

消费市场，成本很重要。因此这种底部填充剂

是由流动极快并能在较低温下快速固化的树脂

制成的。这种底部填充剂在某些情况下甚至可

以返工。这些属性可维持高生产节

拍同时使报

废最小化以降低总成本。

最后一类产品采用了角落胶粘合（角落胶粘合

在概念上类似于某些特定的制造厂商使用的角

IPC-7095c-7-10a,b,c,d

图7-10 板上BGA连接盘外围去除阻焊膜的影响

连接盘周围去除阻焊膜 ~0 mm 0.75 mm

俯视视图说明由于开口关系而

增加了有效的连接盘直径

连接盘上焊球连接的横截面视

图说明阻焊膜被去除后焊料会

沿着连接盘边缘向外润湿

2013年1月 IPC-7095C-C

落粘合或边缘粘合这种名称）。使用这种方法的

设备包括笔记本电脑、平板电脑、上网本，部

分台式电脑和很少数的服务器。这些设备并不

像上一组产品那样携带频繁，因此它们在冲击

方面的要求较少。角落点胶方式的抗冲击能力

弱于底部填充方式。角落点胶比底部填充法有

优点，在于这种方法更易于返工并且实施此工

艺在资金、材料成本和劳力成本上比较

便宜。

一些角落胶的胶合剂可在UV灯下曝光并短时间

内固化。这消除了使用较贵的固化炉的需求而

以一排UV灯来替代。

如同所预计的那样，用聚合物增强策略获得的

高性能只能通过选择正确的材料，在具体应用

中利用实验法来达到。底部填充用户应知道，

选择与使用环境相匹配的具有固化机械性能的

底部填充化学品至关重

要。底部填充化学品通

常会增加封装的机械性能（冲击、弯曲、振动

和跌落），但如果选择不当的话，可能同时会降

低温度循环性能。因此，机械冲击可靠性的增

益边际需要与温度循环可靠性损失边际的风险

相平衡。

7.2.2.1 全底部填充和部分底部填充全底部填

充通常将未固化液态聚合物施加于板子上BGA

封装边缘，以使底部填充剂通过毛细管作

用流

进BGA封装底部。设计底部填充分配工艺时必

须注意避免BGA封装内部裹挟较大的气泡（空

洞）。分配模式例如“I”形沿着封装的一边向下

分配相比流动较快的“L”或“U”形模式（分

别沿者两边或三边），不太可能会裹挟气泡。

底部填充剂可通过自动化设备（喷射分配或螺

旋泵或其它）或通过手动设备（通过

注射器与

针头气动分配）分配至基板封装周围。为了增

加底部填充剂的流动速率以及生产线的生产速

度，组装板通常需预热至50°C-110°C。底部填

充剂供应商已经认识到流速决定了生产的速

度。最近几代底部填充剂已配制成低粘度和高

润湿性，大幅提升了其流动速率。新一代无需

预热且流动良好的底部填充剂也已开

始得到使

用。

当分配使用“I”形模式时，毛细管底部填充流

动时间可以由下列公式（1）粗略估计：（见图

7-12）

IPC-7095c-7-11-cn

图7-11 BGA和其它封装底部填充粘合剂使⽤

Increasing Reliability Requirements

Designed Product Life in years

低端电话

智能手机

3 7 10 12 205

固态硬盘

MP3播放器

平板电脑

笔记本电脑

便携式电脑

台式电脑

服务业

车载计算处理

航空电子

军事—导弹制导

其他高端电子

医疗电子

高性能底部填充

工艺导向的底部填充

角落胶粘合

无粘合剂

IPC-7095C-C 2013年1月