IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第7页
⽬录 1 范围 ............................................................................ 1 1.1 目的 ..................................................................... 1 1.2 内容 ...............................................…
特别感谢以下⼈⼠，他们的奉献使这个项⽬得以实现。在这⾥特别强调那些为这份标准的开发作出了重⼤贡献
的个⼈。
Dudi Amir, Intel Corporation
Richard Arnold, Continental
Automotive Systems
Raiyomand Aspandiar, Intel
Corporation
Scott Buttars, Intel Corporation
Beverley Christian, Research In
Motion Limited
Werner Engelmaier, Engelmaier
Associates
David Hillman, Rockwell Collins
Bruce Hughes, U.S. Army Aviation &
Missile Command
David elson, Adtran
Dick Otte, Promex
Ray Prasad, Ray Prasad Consultancy
Group
Stan Rak, Continental Automotive
Systems
Robert Rowland, RadiSys
Jeff Shubrooks, Raytheon Company
Vern Solberg, Solberg Technical
Consulting
Kris Troxel, Hewlett Packard
Bill Werner, Trimble avigation
Robert Wettermann, BEST Inc.
Bob Willis, The SMART Group
Linda Woody, Lockheed Martin
Missile & Fire Control
插图由以下企业提供：
Amkor Technologies: Figures, 3-5, 3-6, 3-7, 4-28, 4-29, 4-35, 6-8, 6-16, 6-17, 6-21, 6-22, 6-23, 8-1, 8-2, 8-3, 8-5, Table 4-7
Analog Devices: Figures 4-40, 4-42,6-4, 6-8, 6-11, 6-14, 7-24, 7-27, 7-28, Table 4-9
BEST Inc.: Figures 7-28, 7-33, 7-34, 7-35
Continental Automotive Systems: Figures 7-19, 7-20, 7-21, 7-22
Fairchild Semiconductor: Figure 4-36
Intersil: Figure 4-37
Intel Corporation: Figures 9-3, 9-4, 9-10, 9-11, 9-12, 9-19, 9-20, 9-21, 9-27, 9-28
JEDEC: Figures 4-6, 4-7, 4-8, 4-12, 4-13, 4-17, 4-18, 4-20, 4-21, 4-38, 4-39, 4-43
Martin GmbH: Figure 7-32
Mini Micro Stencil: Figure 7-29
ational Semiconductor: Figures 4-41, 6-3, 6-9, 7-1, 7-2, 7-3, 7-10, 7-11, 7-15
QPL Group: Figure 6-2
Raytheon Co.: Figure 7-14, 7-18
IPC TGAsia 5-21hC技术组成员：
李建江(主席)
谢自力
黄志宏
覃大勇
宋复斌
周峰
李易展
黄艳斌
李春灵
何健
向雪莲
史玉泉
张奇坤
史洪宾
曾翔宇
黄国城
张超
上海忠麟电子企业有限公司
上海忠麟电子企业有限公司
兢陆电子(昆山)有限公司
上海忠麟电子企业有限公司
天弘(东莞)科技有限公司
株洲南车时代电气股份有限公司
宜特科技股份有限公司
巴诺(上海)信息科技有限公司
中国电子科技集团公司第四十一研究所
福建捷联电子有限公司
精博电子(南京)有限公司
南京华士电子科技有限公司
无锡普洛菲斯电子有限公司
三星电子有限公司
深圳爱升精密电路科技有限公司
英业达股份有限公司
中国电子科技集团公司第四十一研究所
IPC-7093-C 2011年3月
iv
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⽬录
1 范围 ............................................................................ 1
1.1 目的 ..................................................................... 1
1.2 内容 ..................................................................... 1
2 适⽤⽂件 ................................................................... 1
2.1 IPC ........................................................................ 1
2.2 JEDEC .................................................................. 1
3 标准选择和BTC实施管理 ....................................... 2
3.1 术语及定义 ......................................................... 2
3.1.1 底部端子元器件(BTC) ...................................... 2
3.1.2 元器件贴装位置 ................................................. 2
3.1.3 导电图形* ........................................................... 2
3.1.4 焊盘图形* ........................................................... 2
3.1.5 元器件混装技术* ............................................... 2
3.1.6 印制板组装 ......................................................... 2
3.1.7 表面贴装技术(SMT)* ....................................... 2
3.2 BTC概要 .............................................................. 2
3.3 不同元器件结构描述 ......................................... 3
3.4 总经营成本 ......................................................... 6
3.5 QF类型BTC封装的设计和组装过程注
意事项 ................................................................. 6
3.6 未来的需求和期望 ............................................. 8
4 元器件考虑 ............................................................... 8
4.1 不同BTC封装类型的总体说明 .......................... 8
4.2 BTC的详细说明和标准 ...................................... 9
4.2.1 单排模封引线框封装 ......................................... 9
4.2.2 多排模封基于引线框封装 ............................... 10
4.2.3 JEDEC 95号出版物设计指南4.8 ..................... 10
4.2.4 JEDEC 95
号出版物设计指南4.23 ................... 13
4.2.5 JEDEC 95号出版物设计指南4.19 .................... 16
4.3 QF和SO封装详细说明 ............................... 18
4.3.1 制造方法 ........................................................... 18
4.3.2 缺陷类型 ........................................................... 22
4.3.3 标记选择 ........................................................... 22
4.3.4 使用的材料 ....................................................... 22
4.3.5 可焊性测试 ....................................................... 22
4.4 定制的QF和SO(DF) ............................... 22
4.5 LGA、QF和SO(DF)基于基材的
封装的详细说明 ............................................... 24
4.5.1 基于基材封装的制造方法 ............................... 24
4.5.2 缺陷类型 ........................................................... 26
4.5.3 标记选择 ........................................................... 26
4.5.4 使用的材料 ....................................................... 27
4.6 市场产品变化说明 ........................................... 27
4.6.1 MLF®，MLP和MLFP
TM
元器件的详细说明 .. 27
4.6.2 LLC™和LFCSP™元器件详细说明 ................ 29
4.7 封装和搬运 ....................................................... 31
5 安装结构 ................................................................. 32
5.1 安装结构的类型 ............................................... 32
5.1.1 有机树脂类 ....................................................... 32
5.1.2 无机结构 ........................................................... 32
5.1.3 分层(多层、顺序/叠加和高密度互连) ........... 32
5.2 安装结构的特性 ............................................... 33
5.2.1 树脂系列 ........................................................... 33
5.2.2 加固材料 ........................................................... 33
5.2.3 高温无铅制程焊接的可靠性问题 ................... 34
5.2.4 热膨胀 ............................................................... 34
5.2.5 吸湿性 ............................................................... 35
5.2.6 平整度(拱曲和扭曲) ....................................... 35
5.3 表面处理 ........................................................... 35
5.3.1 热风焊料整平(HASL) ..................................... 36
5.3.2 有机表面保护(可焊性有机保护)膜 ............... 36
5.3.3
贵金属镀层/涂层 ............................................. 37
5.4 阻焊膜 ............................................................... 40
5.4.1 湿膜和干膜阻焊膜 ........................................... 41
5.4.2 感光阻焊膜 ....................................................... 41
5.4.3 对位 ................................................................... 41
5.4.4 导通孔保护 ....................................................... 42
5.5 热扩散结构整合(例如，金属芯板) ............... 43
5.5.1 层压顺序 ........................................................... 43
5.5.2 热传导通道 ....................................................... 45
5.5.3 散热焊盘粘接 ................................................... 45
5.5.4 散热导通孔 ....................................................... 46
5.6
无焊互连结构 ................................................... 46
6 印制电路组件设计注意事项 ................................. 47
6.1
BTC元器件描述 ................................................ 47
6.1.1
BTC封装变化 .................................................... 47
6.1.2
端子形式 ........................................................... 48
6.1.3
安装条件 ........................................................... 48
6.1.4
封装公差 ........................................................... 55
6.1.5
连接技术 ........................................................... 59
2011年3月 IPC-7093-C
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7 印制板上BTC元器件的组装 ................................. 62
7.1 PCB表面处理要求 ............................................ 62
7.2 PCB设计 ............................................................ 62
7.2.1 焊接过程考虑 ................................................... 62
7.2.2 元器件预烘烤 ................................................... 62
7.2.3 元器件组装前准备 ........................................... 62
7.2.4 焊膏及其施加 ................................................... 63
7.2.5 元器件贴装影响 ............................................... 67
7.2.6 再流焊及其温度曲线 ....................................... 68
7.2.7 再流焊制程对材料的影响 ............................... 69
7.2.8 气相焊接 ........................................................... 71
7.2.9 清洗与免清洗 ................................................... 71
7.2.10 封装间隙高度 ................................................... 72
7.3 SMT后制程 ....................................................... 73
7.3.1 敷形涂覆 ........................................................... 73
7.3.2 底部填充胶与粘合剂的使用 ........................... 73
7.3.3 板子和模块分割 ............................................... 73
7.4 检验技术 ........................................................... 73
7.4.1 X射线使用 ........................................................ 73
7.4.2 超声波扫描 ....................................................... 74
7.4.3 BTC 间隙高度测量
........................................... 75
7.4.4 光学检查 ........................................................... 75
7.4.5 破坏性分析方式 ............................................... 75
7.5 测试和产品验证 ............................................... 76
7.5.1 电气测试 ........................................................... 76
7.5.2 测试覆盖范围 ................................................... 76
7.5.3 老化测试 ........................................................... 76
7.5.4 产品筛选试验 ................................................... 77
7.6 模封BTC元器件组装过程控制标准 ................ 77
7.6.1 BTC焊点中的空洞 ............................................ 77
7.6.2 焊料桥接 ........................................................... 79
7.6.3 开路 ................................................................... 79
7.6.4 冷焊 ................................................................... 79
7.6.5 缺陷相关性/制程改进 ..................................... 79
7.6.6
加热不充分/不均匀的影响 ............................. 80
7.6.7
BTC元器件可焊性测试 .................................... 80
7.6.8
锡珠不良 ........................................................... 80
7.7
维修工艺 ........................................................... 80
7.7.1
返工/维修理念 ................................................. 80
7.7.2
拆除BTC ............................................................ 81
7.7.3
BTC组件缺陷维修 ............................................ 81
8 可靠性 ..................................................................... 85
8.1 加速可
靠性测试 ............................................... 85
8.2 损伤机理和焊接失效 ....................................... 85
8.2.1 锡银铜(SAC)和锡铅在加速老化试验
方面的差异 ....................................................... 85
8.2.2 混合合金焊接 ................................................... 85
8.2.3 模封化合物材料 ............................................... 86
8.2.4 芯片大小 ........................................................... 86
8.2.5 全蚀刻引线框与半蚀刻引线框比较 ............... 86
8.2.6 金/银/钯脆化 ................................................... 86
8.2.7 间隙高度 ........................................................... 87
8.3 PCB设计考虑 .................................................... 87
8.3.1 焊盘尺寸 ........................................................... 87
8.3.2 焊料填充形成 ................................................... 88
8.3.3 板厚 ................................................................... 88
8.4 散热焊盘空洞 ................................................... 88
8.5 可靠性设计(DfR)工艺 ................................... 89
8.5.1 磨损机制 ........................................................... 89
8.5.2 蠕变疲劳交互作用 ........................................... 90
8.5.3 焊料厚度机械可靠性 ....................................... 90
8.6 磨损机理回顾 ................................................... 91
8.6.1 可靠性因子 ....................................................... 92
8.6.2 加固的优点 ....................................................... 92
8.6.3 与失效相关的事件 ........................................... 92
8.7 针对可靠性问题和考量的设计 ....................... 92
8.7.1 损伤机理和焊接失效 ....................................... 93
8.7.2 焊点和连接类型 ............................................... 93
8.7.3 焊料界面晶粒结构的影响 ............................... 93
8.7.4 整体膨胀不匹配 ............................................... 94
8.7.5 局部膨胀不匹配 ............................................... 94
8.7.6 内部膨胀不匹配 ............................................... 94
8.8 焊接失效 ........................................................... 94
8.9 确认和鉴定试验 ............................................... 94
8.10 筛选程序 ........................................................... 94
8.10.1 焊点缺陷 ........................................................... 94
8.10.2 筛选建议 ........................................................... 94
9 缺陷和失效分析案例研究 ..................................... 95
9.1 焊接失效 ........................................................... 95
9.1.1 焊接失效条件 ................................................... 95
9.1.2 焊料不足失效 ................................................... 95
9.1.3 焊盘，不上锡 ................................................... 96
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