IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第8页
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 ...........…
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
v
Copyright Association Connecting Electronics Industries
Provided by IHS under license with IPC
Not for Resale, 11/27/2015 17:57:03 MST
No reproduction or networking permitted without license from IHS
--`,`,,,,,,`,,,```,``````,`,,`,`-`-`,,`,,`,`,,`---
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
IPC-7093-C 2011年3月
vi
Copyright Association Connecting Electronics Industries
Provided by IHS under license with IPC
Not for Resale, 11/27/2015 17:57:03 MST
No reproduction or networking permitted without license from IHS
--`,`,,,,,,`,,,```,``````,`,,`,`-`-`,,`,,`,`,,`---
9.1.4 端子，不上锡 ................................................... 96
9.2 封装失效 ........................................................... 96
9.2.1 封装翘曲 ........................................................... 96
9.3 退润湿失效 ....................................................... 97
9.3.1 QF上的退润湿 ............................................... 97
9.4 焊点破裂失效 ................................................... 97
9.4.1 焊点上的破裂 ................................................... 97
9.5 元器件失效 ....................................................... 98
9.5.1 元器件倾斜 ....................................................... 98
9.5.2 引线布局状况 ................................................... 98
9.5.3 焊接布局状况 ................................................... 99
9.5.4 焊点锡量 ........................................................... 99
9.6 空洞 ................................................................. 100
9.6.1 在X射线下的焊点空洞 .................................. 100
9.6.2 焊点空洞的切片和X光 .................................. 100
9.6.3 散热焊盘空洞
10 术语及缩写 ......................................................... 101
11 参考⽂献 ............................................................. 103
附录A ⾦相处理 ...................................................... 104
附录B 染⾊渗透试验 ............................................... 107
图
图3-1 只有底部端子的普通分立元器件 ................... 3
图3-2
只有底部端子的方形扁平无引线型封装 ....... 4
图3-3
只有底部端子的小外形无引线型封装 ........... 4
图3-4
只有底部端子的LGA型封装 ........................... 4
图3-5
典型QF横截面 ............................................... 5
图3-6
切割分离(a, b)BTC封装 ................................. 6
图3-7
MLF封装厚度与其它封装类型比较 ............... 6
图3-8
BTC阻焊膜间隙参考 ....................................... 7
图3-9
散热焊盘上模板分区图形设计图例 ............... 7
图3-10 建议模板设计：接地焊盘的焊膏覆盖率
在50％-60％(但是I/O
焊盘要100％) ............. 8
图4-1
各种形状的BTC元器件 ................................... 9
图4-2
单个LGA元器件底部 ....................................... 9
图4-3
普通单排引线框SO-QF封装组装模式 .... 10
图4-4
普通多排QF封装组装模式 ......................... 10
图4-5
单排SO和QF封装的端子布局 ................. 10
图4-6 对单排SO和QF JEDEC所定义的
封装外形 ......................................................... 11
图4-7
单排SO和QF封装各种端子设计 .............. 12
图4-8 奇偶数接触端子布局 ..................................... 12
图4-9 单排QF封装端子空缺方案 ......................... 13
图4-10 边角端子与外露散热器 ................................. 13
图4-11 细间距双排QF(无
引线)封装 ..................... 14
图4-12 QF双排封装 (顶视图和侧视图) ................ 14
图4-13 外排和内排端子各种布局 ............................. 15
图4-14 双排端子布局 ................................................. 15
图4-15 用于确定封装元器件的方向及A1和B1
端子的位置的外露DAP上的缺口 ................. 16
图4-16 两排和三排QF封装图例 ............................. 16
图4-17
基本双排端子各种布局 ................................. 17
图4-18
基本三排端子各种布局 ................................. 17
图4-19
各种接触脚几何尺寸 ..................................... 17
图4-20
普通QF封装外形图 ..................................... 18
图4-21
第一引脚位置选项 ......................................... 18
图4-22
BTC多种封装结构 ......................................... 18
图4-23 QF典
型芯片粘贴面，具有镍钯金表
面处理引线框 ................................................. 19
图4-24 QF拼板引线框上带有保护膜的典型
焊盘面 ............................................................. 19
图4-25
使用切割分离生产QF ................................. 20
图4-26
模封引线框布局 ............................................. 20
图4-27
使用冲压分离生产QF ................................. 21
图4-28 冲压分离与切割分离的比较及金线键
合选项图解 ..................................................... 21
图4-29 半蚀刻内缩接触脚和全蚀刻不内缩边
缘接触脚布局图例 ......................................... 22
图4-30
镀层结构比较 ................................................. 24
图4-31
QF定制位置的详图 ..................................... 24
图4-32
LGA印制板底视图 ......................................... 25
图4-33
LGA印制板顶视图 ......................................... 25
图4-34
使用切割分离方式基于基材制造BTC ......... 25
图4-35
Amkor的28I/O微引线框
®
封装 ..................... 27
图4-36 Fairchild MLP散热增强型SO，
专为开关电源开发 ......................................... 27
图4-37 Intersil的方形无引线，微引线
框模封( MLFP) ............................................. 28
图4-38
JEDEC MO-220封装外形 .............................. 28
图4-39
QF接触脚设计 ............................................. 29
图4-40 模拟元器件的LFCSP™(引线框芯
片级封装) ....................................................... 30
图4-41
美国国家半导体公司LLP(无引线封装) ...... 30
图4-42
典型的LLC和LFCSP详细外形 ...................... 30
2011年3月 IPC-7093-C
vii
Copyright Association Connecting Electronics Industries
Provided by IHS under license with IPC
Not for Resale, 11/27/2015 17:57:03 MST
No reproduction or networking permitted without license from IHS
--`,`,,,,,,`,,,```,``````,`,,`,`-`-`,,`,,`,`,,`---