IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第59页

6 印制电路组件设计注意事项本章节提供了将底部端子元器件( BTC ) 整合到电子产品中的设计原则包括模块和产品级印制板设计理念。这些原则定义了布局、互连规则和在设计过程中必须考虑的安装特性。组装结构要求的方法要细化到与安装工艺考虑相一致的程度。重点放在最终组件散热管理和结构对组件的贡献。 6.1 BTC 元器件…

持开窗之间隔离宽度大约在0.2mm，应该选择开

窗的数量。这将有空间让助焊剂挥发物逸出，

使空洞最小化。

5.5.4 散热导通孔为了能有效地从PCB正面

金属层传递热量到内层或底部金属层里，热导

通孔应该整合到散热焊盘设计当中。散热导通

孔的数量取决于应用场合、功率消耗和电气要

求。虽然散热导通孔数量多，可以提高封装的热

性能，但有一临界点，

再增加散热导通孔数不

会显著改善性能。BTC供应商通常建议导通孔

直径在0.3mm到0.4mm之间，以1.0 mm到1.2mm

的间距排列。散热导通孔的数量应该由各自的

应用环境和条件确定。

散热导通孔可有几种结构。有开窗的，有用导

热材料填充的，有镀层封住或镀层遮盖，如图5-

9中VII类型导通孔填充定义的描述。任何散热导

通孔应该与多层板中的散热平面连接一起，以

便将热量传导给温度较

低的材料表面。BTC元

器件拆除或更换的方法需要注明散热焊盘焊接

和所需加热的热质量，以便BTC与焊接表面分

离。

5.6 ⽆焊互连结构由于有法规要求在电子互

连组件中禁止使用一些材料，业界正有兴趣于

采用完全取消焊料的一些可替代或独特的组装

方法。在此讨论的一种方法是无焊互连工艺，

例如，电镀工艺。这种工艺，测试过和老化过

的元器件被密封，元器件的电气连接在电路成

图时通过电镀方法完成，这样就可以省去焊接

过程。

BTC封装

是符合通用基础网格间距的元器件，

以方便设计和测试。电子组件中其它元器件也应

该有底部端子的模式。这种工艺的好处包括：

降低材料的使用，减少能源需求，减少加工步

骤，布线层数更少而设计更简单，更高的性能，

改善的热管理，更好的电磁兼容(EMI)和静电释

放(ESD)防护，无须担心金属表面处理的可焊

性、焊点质量或锡晶须。

元器件和基材由绝缘

材料模封后，老化或测试

过的元器件结合到临时或永久的有机基材中。

这个组件是倒置的，元器件在消除有机基材后

露出引线或端子。如图5-10所示，然后沿着电路

层电镀通孔。

不必外露在高温下的结构，可能在互连和散热

管理方面有新的潜力。结构本身可以模块化的

形式组装成3D结构以连通所有层面。有几个设

想来开发组装中的互连基材部分，这使测试后

的责任有点不是很清晰。只有时间能

证明，哪

种方案最有利于用户，并体现能提供电路互连

方法的结构形态。

IPC-7093-5-9-cn

图5-9 类型VII填充再⾦属化覆盖举例

IPC-7093-5-10-cn

图5-10 ⽆焊接连接技术电路开发举例

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6 印制电路组件设计注意事项

本章节提供了将底部端子元器件(BTC)整合到

电子产品中的设计原则包括模块和产品级印制

板设计理念。这些原则定义了布局、互连规则

和在设计过程中必须考虑的安装特性。组装结

构要求的方法要细化到与安装工艺考虑相一致

的程度。重点放在最终组件散热管理和结构对

组件的贡献。

6.1 BTC元器件描述 BTC元器件是一种近似

芯片级封装，其键合线与铜引线框或有机薄片

基材塑封在BTC封装结构中。QF和LGA是该

封装技术的

典型代表。与标准塑封引线框封装

相比，QF变化提供了几个显著的优点。

• 因为芯片大小和封装大小接近，减少板子贴装

空间。

• 最小的引线长度减少了芯片和PCB间的电气通

道距离，提供了优越的电气性能。

• 较低热阻，因为底部外露芯片连接盘可以直接

焊接到PCB表面对应的散热区。

• QF引线框类封装组装过程采用了久经考验的

SO-IC引线框封装架构。

• 可使用标准SMT组装设备，可

利用重量轻的封

装元器件的自我调整特性实现高组装良率。

共面性不是这种元器件系列的担忧点，因为所

有的接触点和封装底面齐平。关于湿度敏感等

级(MSL)，用于密封的模封化合物是基于树脂

的材料，所以吸湿性会根据具体的封装大小、

芯片连接盘大小 (DAP)和键合线的数量而变

化。

6.1.1 BTC封装变化 BTC封装有各种引线模

式和厚度可用。总的来说，BTC元器件系列包

括：周边引线两侧(

两边)和方形(四边)元器

件，周边多排(成排或错列引线)和全部和部分

区域阵列元器件。封装底部引线型可分为矩形

或圆形，这取决于是引线框元器件(例如QF)

－通常是前者的代表，还是基板元器件(例如

LGA)－通常是后者的代表。(见图6-1)因为BTC

封装没有焊料球端子，封装和组装板之间的电

IPC-7093-6-1-cn

图6-1 底部端⼦元器件BTC系列

SON (DFN)

(QFN)

QFN

多排

QFN

多排错列

LGA

LGA阵列有空缺

LGA

部分阵列(有导热盘)

LGA

全阵列

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气连接必须使用印制板上的焊料。在焊盘上有

充足焊料，以达到焊点可视和可靠给这一类型

产品带来重大挑战。因此，在设计焊盘图形时

需特别注意。

PCB元器件焊盘图形通常依据元器件生产商公

司内部开发的指南或执行已出版的业界标准如

IPC-7351。同时，BTC，如SO和QF虽然已面

世一段时间，但还没有广泛使用。因此关于它们

的学习经验依然有限，业界标准也没有被细

化。开发最佳的几何尺寸需要一些实验尝试。

而且，因为外露芯片连接盘和封装的某些构造

位于封装的底部，某些限制必须加以考虑。

业界对SO和QF有很高的兴趣。0.8 mm可能

是最流行的厚度，但封装可选择较低的外形厚

度，如0.6mm。周边输入/输出引线位于封装外

边缘。周边的引线和封装底部的外露焊盘可通

过焊接印制板(PCB)形成电气接触。热量能通

过焊接外露散热焊盘从封装传导到PCB，如图6-

2所示。

通过向下键合线

和芯片导电粘接材料提供稳定

的接地电气连接，线键合采用金线。周边和散

热焊盘表面镀有100% Sn (Sn/Pb也可)。如第3节

和第4节所述，SO和QF封装在最后组装时通

过冲压或对模封带进行分割而成。引线框的半

蚀刻赋予了模封化合物和周边焊盘和芯片散热

外接盘的互锁特性。这种封装一般是湿度敏感

性等级(MSL)等级3 (MSL等级见J-STD-020

)。

端子接触点：

• 接触焊脚(或焊接盘)以单排格式分布在周边，

这取决于焊脚具体数量和本体大小。

• 对于某种特别的应用，封装通常都会整合共用

的电源和/或接地脚。

• 所有接触点都镀有亚光锡料，以便表面贴装工

艺。

底部端子QF封装系列(见JEDEC MO-220) 具有

提高芯片速度、降低热阻抗的特点，并且因为小

外形，使贴装需求的印制板面积最小化。小尺

寸和低外形

使得QF成为小尺寸电子应用(例如

移动电话、呼叫器和手持型PDA)中高密度PCB

封装的理想选择。

除了小封装外形和低外形以外，BTC元器件有

较低的热阻和电气寄生。

6.1.1.1 板⼦材料如第5节所述，标准环氧玻

璃基板(FR-4)适合于BTC元器件的组装。使用

低热膨胀系数(CTE)的基材可以改善可靠性。

印制板也会受到以下因素的影响，如金属层数、

选择

的层压材料、平衡结构、线路密度、运行

环境、元器件安装密度和印制板反面元器件的

贴装。具体板料规格参见IPC-4101。

6.1.1.2 表⾯处理印制板的表面处理对于正确

组装设计也是非常重要的。可采用多种表面处

理方法(见第5节)，并且很多时候需要采用折衷

平衡方式以满足组件中所有元器件的情况。分

析的方法包括元器件封装引脚的表面处理和用

于焊接所有元器件到板子的合金焊料的兼容

性。

6.1.2 端⼦形式 SO和QF元器件具有内缩

和

不内缩端子布局和焊接外露芯片外接盘(DAP)

到PCB以优化散热性能。(见第4节。)

在内缩端子布局中，标准焊盘偏离封装边缘0.1

mm。在不内缩端子布局中，标准的焊盘延伸至

封装的边缘，两者的比较见图6-3。

不内缩设计的优点是板子在安装后，端部外露

的触点特征提供了可见的焊料填充。

6.1.3 安装条件为了使元器件在最佳状态下

运行，在设计印制板和贴装此封装时应有一些

特别考量。例如，为了增强散热、电气和板级

图6-2 QF底部端⼦元器件引线框阵列

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