IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第9页
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 …
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
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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
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图4-43 JEDEC托盘图形 ............................................. 32
图5-1 典型的HDI叠层，2+4+2结构 ........................ 33
图5-2 材料热膨胀比较 ............................................. 35
图5-3 SSD应用基本制作步骤 .................................. 39
图5-4 SSD过程步骤 .................................................. 40
图5-5 导通孔焊盘无阻焊膜和有阻焊膜侵入
的比较 ............................................................. 42
图5-6 平面和盖导通孔保护举例 ............................. 42
图5-7 导通孔保护模式 ............................................. 44
图5-8 金属芯板结构举例 ......................................... 45
图5-9 类型VII填充再金属化覆盖举例 ................... 46
图5-10 无焊接连接技术电路开发举例 ..................... 46
图6-1 底部端子元器件BTC系列 ............................. 47
图6-2 QF底部端子元器件引线框
阵列 ................. 48
图6-3 内缩和不内缩结构比较 ................................. 49
图6-4 焊盘图形和DAP散热焊盘布局指导 ............. 49
图6-5 6 I/O SO普通外形图形 ............................... 50
图6-6 JEDEC 6 I/O SO封装推荐焊盘图形 .......... 50
图6-7 QF元器件和焊盘图形组合图 ..................... 50
图6-8 趾部、跟部、侧面填充定义 ......................... 51
图6-9 内缩和不内缩封装外形和焊盘图形，
散热焊盘布局的比较 ..................................... 54
图6-10 SO 0.5mm间距，6端子，带散热焊盘 ....... 55
图6-11 DAP与PCB配合界面举例 ............................. 55
图6-12 θ
JA
vs. 数量的影响, 散热导通孔直径
和分布，带有9x9mm本体和7x7mm
散热焊盘的36 I/O QF的芯片尺寸 ............. 56
图6-13 可选阻焊膜变化比较 ..................................... 56
图6-14 (A)0.5mm和更大间距元器件，(B)0.4mm
间距元器件周边连接盘的阻焊膜 ................. 56
图6-15 典型的BTC外形细节 ..................................... 57
图6-16 封装上散热孔的数量对封装热性能
的影响 ............................................................. 58
图6-17 7x7mm，48引线和10x10mm，68引线
封装的PCB散热焊盘和导通孔排列 ............. 58
图6-18 80%规则与标准网格
系统对布线改善
的比较 ............................................................. 58
图6-19 空洞对散热性能的影响 ................................. 60
图6-20 X光图例显示散热焊盘上的空洞 .................. 60
图6-21 侵入型导通孔焊料从PCB底部流出 ............. 61
图7-1 底部端子元器件良好焊盘图形举例 ............. 63
图7-2 底部端子元器件不良焊盘图形举例 ............. 63
图7-3 搪锡与非搪锡BTC对比以及导致空
焊情况 ............................................................. 64
图7-4 过小PCB焊盘导致纯锡表面处理不能
与锡铅焊膏混合的区域 ................................. 64
图7-5 通用模板厚度推荐开孔尺寸 ......................... 66
图
7-6 7x7mm和10x10mm BTC元器件散热焊
盘模板设计 ..................................................... 66
图7-7 模板开孔壁面积 ............................................. 66
图7-8 评估再流前最大可接受偏移 ......................... 67
图7-9 金属轮廓分明的焊盘焊点 ............................. 68
图7-10 锡/铅焊料再流焊曲线 ................................... 70
图7-11 SAC合金焊料再流焊曲线 ............................. 70
图7-12 SAC合金流动特性 ......................................... 72
图7-13 组装后接触脚焊点和DAP焊点外形对比 ..... 73
图7-14 用各种技术检测漏焊的X光影像 .................. 74
图7-15 处理后典型的X光影像 .................................. 74
图7-16 线键合到
引线框X-RAY图例 ......................... 74
图7-17 扫描声音断层摄影术 ..................................... 75
图7-18 典型的散热平面空洞 ..................................... 77
图7-19 印刷在已堵塞的散热导通孔上的焊膏
分区与焊膏点阵的对比 ................................. 78
图7-20 焊膏分区和焊膏点阵空洞结果的
X-RAY影像 ..................................................... 78
图7-21 焊膏印刷方法：分区(左)对点阵(右) ......... 79
图7-22 焊膏分区对焊膏点阵-潜在空洞 ................... 79
图7-23 浸渍和目视检查 ............................................. 80
图7-24 过程模拟测试 ................................................. 80
图7-25
焊料受热至液态，BTC在焊料重新凝
固前取出 ......................................................... 82
图7-26 BTC焊接位置焊料清除 ................................. 82
图7-27 典型激光蚀刻模板开孔几何形状 ................. 82
图7-28 模板上窗格图形举例 ..................................... 83
图7-29 将焊膏印刷到元器件上的典型金属模板 ..... 83
图7-30 BTC元器件被夹持在模板治具上 ................. 83
图7-31
焊膏从模板开孔转移到BTC的底面上 ......... 83
图7-32
典型的滴涂系统 ............................................. 84
图7-33
运用模板的焊料凸起方法 ............................. 84
图7-34
PCB上模板对齐 ............................................. 85
图7-35
凸起元器件
放置并再流 ................................. 85
图8-1
向上电镀凸起 ................................................. 87
图8-2
温度冲击后QF焊点裂缝 ............................. 87
图8-3 7mm BTC封装，焊盘尺寸对疲劳寿命
的影响 ............................................................. 88
图8-4
带有可湿润侧面的QF ................................. 88
图8-5
威布尔图显示在长疲劳时间下薄板结果 ..... 89
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