一、敷形涂覆

敷形涂覆用来防止元件表面受 潮进而腐蚀。敷形涂覆应加以规定以满足IPC-CC-830的要求，并应在主组装图纸中予以规定。当有UL强制要求时，涂层应当由UL批准以供印 制板制造商使用。

设计师应当认识到兼容性问题。敷形涂覆层是 一种符合电路板及其元器件形状的电气绝缘材 料。应用它的目的是改善表面介电性能并保护 他们免受恶劣环境的影响。敷形涂敷通常不需 要施加在没有电气导体的表面或区域（见IPC-2221，4.5.2节）。

敷形涂敷可能为五种类型中的一种。对于指定 的类型，敷形涂敷厚度应当如下：

• AR-丙烯酸树脂，0.03至0.13mm

• ER-环氧树脂，0.03至0.13mm

• UR-聚氨酯树脂，0.03至0.13mm

• SR-硅树脂，0.05至0.21mm

• XY-对二甲苯树脂，0.01至0.05mm

主要有三种化学类型在敷形涂覆中使用。他们 是硅弹性体、聚对二甲苯和其它有机物。所有 敷形涂覆类型提供了不同层次的防护，以防止 来自溶剂、水分、腐蚀、电弧及其他危及电路 工作的环境因素。

较厚的敷形涂覆也可用作防冲击和振动的阻尼 介质。这种形式的应用会在低温波动时给玻璃 和陶瓷密封元件带来机械应力风险。使用这种 材料会需要缓冲材料。

应当注意防止敷形涂覆材料未布满BGA。相关测试表明当用敷形涂覆材料对BGA底部完全填 充时（对二甲苯树脂除外），由于Z轴方向上的 膨胀，焊点疲劳失效会在热循环测试中发生。因此，不建议使用敷形涂覆材料作为底部填充 物。

敷形涂覆不应该与密封材料相混淆。密封剂作 为芯片元件封装的一部分，主要用来保护裸芯 片。塑封材料为BGA提供外部防护。密封材料 和散热涂层的兼容性问题是非常相似的。

二、底部填充和粘合剂的使⽤

BGA可能需 要使用粘合剂以进一步加强封装与PCB的互连。近年来，无铅焊料的应用和节距的减小造 成封装结构更脆弱，特别是那些受冲击和弯曲 的区域。电子设备正变得越来越小，而较小的 设备携带机会多但跌落机会也多，使得对冲击 和跌落的规范有更多的要求。这些因素促使在 电子封装中底部填充和结构粘合十分常见。

BGA封装的聚合物加固材料正快速应用于许 多电子产品。这些方法的早期应用领域包括手机、MP3播放器、PDA、相机、医疗电子、航 空电子和军事用途。一些正使用底部填充和其 它环氧树脂的新兴市场包括笔记本电脑主板和 超便携移动PC。台式电脑的主板和服务器主板 对使用BGA聚合物加固材料有抵触。但当BGA 封装变得愈加脆弱，这些市场也可能运用这种 方法。

使用聚合物强化BGA与印制电路板互连市场中 常见的方法有三种。包括全毛细流底部填充、 部分毛细流底部填充和角落施加粘合剂。无流 动底部填充技术正在研发之中，但是还没有在 大批量制造（HVM）中应用这种方法。一些研 究表明，相比于没有聚合物增强，在代表性的 封装上能看到其抗冲击和弯曲性能改善大约100- 200%。BGA的聚合物增强比许多其它已尝试过 的方法都要优越（更大的连接盘尺寸、金属限 定连接盘、改换连接盘形状等等）。

BGA封装的形状参数（即本体尺寸和／或焊球 节距）不是采用聚合物增强的主要决定因素。使用BGA元器件的细分市场，对于决定是否需 要在角落点胶还是在底部填充更关键。产品设 计人员必须要确定产品是否需要对BGA进行 额外的机械保护以满足市场特定的可靠性要求 （例如： 冲击、弯曲、振动、跌落、温度循环 等等）。

图1表示覆盖于可靠性要求与代表性电子设备 设计寿命对比图中的一些典型粘合方法的概念 图。在此图中，按其概念分组有三种区别的胶 粘方式。

第一组用⾼性能底部填充组装，这些包含在温 度循环和冲击方面期望有最高性能的设备。此类设备的预期寿命长达10-20年或更多，包括航空电子设备、军事电子设备、医疗设备和汽车 电子设备。通常使用的底部填充材料是低分子 量树脂，在流动期间可用较小颗粒尺寸的填充 材料完全充实底部以最小化空洞的形成和填充 剂的分离。这些材料可能需要较长时间固化且 不能进行返工。对于这种市场的产品，性能是 最终驱动力而不是成本。

下一组分类为⼯艺导向的底部填充。这些产品 包括手机、智能手机、MP3播放器和平板电脑。这种市场的产品在抗冲击方面的高性能是必需 的。温度循环性能的需求可能不苛刻，因为这 些移动设备在低功耗下运行环境更凉爽。对于 消费市场，成本很重要。因此这种底部填充剂是由流动极快并能在较低温下快速固化的树脂制成的。这种底部填充剂在某些情况下甚至可 以返工。这些属性可维持高生产节拍同时使报 废最小化以降低总成本。

最后一类产品采用了角落胶粘合（角落胶粘合 在概念上类似于某些特定的制造厂商使用的角落粘合或边缘粘合这种名称）。使用这种方法的设备包括笔记本电脑、平板电脑、上网本，部 分台式电脑和很少数的服务器。这些设备并不 像上一组产品那样携带频繁，因此它们在冲击 方面的要求较少。角落点胶方式的抗冲击能力 弱于底部填充方式。角落点胶比底部填充法有 优点，在于这种方法更易于返工并且实施此工 艺在资金、材料成本和劳力成本上比较便宜。一些角落胶的胶合剂可在UV灯下曝光并短时间 内固化。这消除了使用较贵的固化炉的需求而 以一排UV灯来替代。

如同所预计的那样，用聚合物增强策略获得的 高性能只能通过选择正确的材料，在具体应用 中利用实验法来达到。底部填充用户应知道， 选择与使用环境相匹配的具有固化机械性能的 底部填充化学品至关重要。底部填充化学品通 常会增加封装的机械性能（冲击、弯曲、振动 和跌落），但如果选择不当的话，可能同时会降 低温度循环性能。因此，机械冲击可靠性的增 益边际需要与温度循环可靠性损失边际的风险 相平衡。

1、全底部填充和部分底部填充

全底部填 充通常将未固化液态聚合物施加于板子上BGA 封装边缘，以使底部填充剂通过毛细管作用流 进BGA封装底部。设计底部填充分配工艺时必 须注意避免BGA封装内部裹挟较大的气泡（空 洞）。分配模式例如“I”形沿着封装的一边向下 分配相比流动较快的“L”或“U”形模式（分 别沿者两边或三边），不太可能会裹挟气泡。

底部填充剂可通过自动化设备（喷射分配或螺 旋泵或其它）或通过手动设备（通过注射器与 针头气动分配）分配至基板封装周围。 为了增 加底部填充剂的流动速率以及生产线的生产速 度，组装板通常需预热至50°C-110°C。 底部填 充剂供应商已经认识到流速决定了生产的速 度。最近几代底部填充剂已配制成低粘度和高 润湿性，大幅提升了其流动速率。新一代无需 预热且流动良好的底部填充剂也已开始得到使 用。

当分配使用“I”形模式时，毛细管底部填充流 动时间可以由下列公式（1）粗略估计：（见图 2）

底部填充中的空洞很常见，特别是在焊球与PCB 之间以及焊球与封装基板之间的相交处。一般的 共识为底部大量填充中的小空洞不会对冲击、 弯曲或者温度循环性能造成显著影响。对于底部 填充中可接受的空洞，业界并没有相关标准。但是，大部分底部填充用户认为在底部填充中 任何相邻焊料间的空洞都是有风险的。（已证明 焊料会在温度循环作用下沿着空洞爬行，并造成 相邻焊球间短接。）中等大小的空洞（即：比焊 球直径的一半大）是业界认可中的灰色区域。据说可证明这些中等尺寸的空洞并不会造成显 著的负面影响，但是一些底部填充剂用户仍想 要在他们的工艺中避免这些空洞的形成。图3 分别展示了一些小晕圈空洞、中等大小空洞和 大型空洞的示例。

为了达到最好的底部填充性能，需要有适当的填充高度。在大多数应用场合，沿封装侧面向上至封装中心线之间有25%－100%的填充，被认为是可以接受的。

在围绕BGA周边进行底部填充时，对其它器件 和开窗导通孔的隔离区是必要的。隔离的保守 规则是， 在BGA封装的非分配边，从PCB表面至 BGA封装基板顶面高度的1.5倍，在BGA封装分 配边为6.0mm。

底部填充封装要在炉中固化。对这些板子进行固 化的一个理想方法是使用标准SMT再流焊炉， 将温度设定低于正常再流温度，让板子单次通 过炉子。许多底部填充化学品可在120-165°C， 运行5-20分钟即可固化，这种性质有利于采用这 种方法。固化也可用离线再流焊炉。底部填充 剂供应商已经开始导入新的配方，它可在较低 温度下固化并且需要的时间更短。

从历史上来说，在HVM环境下底部填充环氧树 脂几乎不返工。这在最初的一些设备例如早期 手机是可接受的，因为早期的手机每块电路板 成本相对较低，报废一些板子不会带来显著的成 本增加。但是，如今底部填充已越来越多地进 入一些高端市场。所以，底部填充剂供应商正 在研发能在HVM环境下便于返工的化学材料。部分或仅角落底部填充是通过在BGA封装角落 附近，点状或“L”形模式分配底部填充剂来完 成的。流入的底部填充剂大致呈圆弧状并裹住 各角落中的几个焊球（见图7-14）。

这种方式与完全底部填充相比的优点是所使用 底部填充材料大为减少且底部填充材料流动时 间也显著减少，这有助于提高与滴涂工序相关 的生产率。如所预计的一样，部分或仅角落底 部填充没有像完全底部填充那样有很大的强度 改善；但是，在许多情况下，部分底部填充所 带来的性能提升已足够满足市场对封装/电路板 保护的要求。（一项实验案例表明，部分角落底 部填充BGA对比于未经过填充的相同BGA，在 机械损伤持续发生的情况下，抗冲击水平上提升 1.5倍，这是非常显著的）。

一些移动电脑主板制造商已使用部分底部填充 材料来加强电路板上的BGA强度。

2、⾓落施加粘合剂

角落施加粘合剂（有 时称作角落点胶、角落绑定或角落粘着）是一 种仅在BGA封装角落和/或外部边缘施加胶水的 方法。该理论认为通过重新加强封装的应力最 大区域，即离封装中心最远处的焊球，封装性 能就能改善。角落施加粘合剂改善封装性能不 如传统的完全毛细流底部填充那样高，但往往 所获得的优势是明显的并足以满足市场要求。角落点胶方法已被广泛应用于有高机械性能 要求（冲击、振动和弯曲）的大尺寸BGA封 装（20×20mm至45×45mm）。移动电脑主板市 场也符合这种情况。

采用角落点胶安装的BGA照片如图5所示。

角落点胶可以在BGA封装贴装、再流焊之前直接 施加到PCB上或在再流焊之后施加到已组装的 BGA封装上。再流焊前进行角落点胶要求BGA 封装在焊球最外排的最后一个焊球的外部边缘 有足够基板空间（见图6）。

预先施加角落胶水于基板的最小可用宽度大约 需0.7mm 。若封装基板的宽度小于该值，此工艺 在HVM环境下就得不到保证。目前的趋势为封 装基板尺寸正在缩减，预计在再流焊之前对角 落点胶的做法也将会减少。

组装和再流焊后角落点胶的有效性取决于所选 择的胶水类型和与每个角落接触的总表面积。涂覆量从每个角基本的单一胶点到胶水在角 落的每边沿着封装边向下延伸多达六个焊球 的“L”形支架变化而不同。研究表明较长的 “L”型分配支架可以显著地提升机械可靠性 （即：一项研究表明了冲击性能的改善，其中 造成机械损伤开始发生的加速度水平从180G 增至300G。）

每个角落点胶量的一个好的起点是，“L”型支 架的每条腿应延伸3至6个焊球深处。角落粘合 的一大隐患是使用的胶水量太少而使覆盖表面 不够。测试表明，沿基板一边不超过一个焊球 宽度的单点胶水覆盖并不会显著增加BGA冲击 或弯曲方面的性能。这是因为通常情况下，阻 焊膜与下面的FR-4材料或BGA基板的接合强度 较低，如果角落点胶的表面太少，这样的结构 将很容易发生裂纹（见图7）。

其它准则是，粘合剂的整个涂敷线应平均润湿封 装基板垂直边至少50%以上，同时即使环氧树脂 向内流动到足以接触到某些焊球，也应强制环 氧树脂材料在BGA封装底部流动到一定深度。

再流焊后角落点胶的典型分配设备包括给注射 器和针头装置提供空气的气动源。这种设备成 本低，可在人工费率低于可用资产的制造环境 下装备。

角落粘合剂是类似于底部填充材料的环氧树 脂。典型的固化周期是 60-180°C温度下5-60分 钟。这些材料的UV光固化版本也正被导入。

三、印制板和模块的分板

可采用多种不同 的技术来实现分板。包括简单刻槽、刻槽和铣切 的组合以及铣切加分离条组合(见IPC-2222)。

刻槽是对层压板正反面进行浅而精确的V型槽加 工。由于刻槽允许边条和单个部件从拼托板中 分离，因此位置精度非常关键。铣切定义了最 后组装的边界。铣切通道由各种直径的铣头铣 切而成，留下的分离条在组装时起到对电路板 定位的作用。

去除分离条时应当特别小心。尤其在BGA元器件附近，应避免电路板发生弯曲。弯曲可能会 造成BGA焊点开裂，这通常始发于角落焊球。应制造专用工具或应购买专为去除分离条设计 的机器。在去除分离条时，这些工具或机器应减少或消除BGA元器件附近的应力。