IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第60页

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。 …

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

2011年3月 IPC-7093-C

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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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的性能，封装上的外露芯片连接盘需焊接到板

子上对应的散热焊盘。最近的资料显示这对板

子的可靠性也是非常重要的。另外，为了保证

高功率元器件在电路板上有合适的热传导，在

散热区域需要布置散热导通孔。PCB组装设计

应该考虑包括封装、PCB和组件的所有设计要

素的尺寸和制造公差。

有多种因素可以影响板子上安装BTC封装元器

件和焊点质量。这些因素包括：在散热焊盘区

的焊膏覆盖率、封装周边和散热焊盘区的模板

设计、导通孔类型、板厚度、封装

引线的表面

处理、板子的表面处理、焊膏类型和再流焊曲

线。应该强调的是这些指南可帮助用户正确开

发印制板设计、表面贴装实践和要求，但用于

组装工艺的特性描述除外。

6.1.3.1 PCB设计指南设计所需的PCB焊盘图

形尺寸如图 6-4所示。图中尺寸ZD最大和尺寸

GD最小(尺寸ZE最大和尺寸GE最小)分别为外

侧到外侧，内侧到内侧的焊盘尺寸。尺寸X和Y

分别表示焊盘的宽度和长度。两个附加的间隙

和C

也被定义来避免焊点桥接。

这里C

定义为邻边边角里的焊盘之间的最小距

离，C

定义为周围焊盘内侧顶端到散热焊盘外

部边缘的最小距离。在研发只有两边端子SO

焊盘图形时，设计人员可以运用相同的基本规

则，见图6-5。

为了设计合适的焊盘图形，对封装和印制板尺

寸的公差分析是需要的。图6-5表示了6I/O封装

外形，是功率放大器、信号转换器和负载切换

器的典型布局。

对于只有两边有端子的封装，其焊盘图形和DAP

布局没有四边端子布局复杂。图6-6是图6-5所示

6I/O元器件的焊盘图形。

针对元器件公差，通常由封装外形图给出的

外

形公差转变为基于公差的最大材料条件(MMC)

和最小材料条件(LMC)。这样可得到各种QF

类型封装的最大值和最小值。为了确定焊盘图

形尺寸，包括有三套公差：一套为元器件总公

差，另两套用于各个端部的引线。因为不可能

所有三套公差都在最坏情况，更为现实的是采用

IPC-7351描述的均方根方法(RMS)。见图6-7。

内部元器件焊盘之间的尺寸，如图6-7

所示，通

常不在封装外形图上显示。因为该尺寸被要求

用来确定焊盘图形长度，计算如下：

IPC-7093-6-3-cn

图6-3 内缩和不内缩结构⽐较

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图6-4 焊盘图形和DAP散热焊盘布局指导

MAX

MIN

E2'

MAX

D2'

MAX

MIN

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