1.5 表面组装元器件的封装形式
SMD的封装形式
表面组装元器件（SMD），也称表面贴装元器件，其封装是表面组装的对象，认识SMD的封装结构，对优化SMT工艺具有重要意义。
SMD的封装结构是工艺设计的基础，因此，在这里我们不按封装的名称而按照引脚或焊端的结构形式来进行分类。按照这样的分法，SMD的封装主要有片式元件类、J形引脚类、L形引脚类、BGA类、BTC类和城堡类，如图1-12所示。
图1-12 SMD的封装形式分类
再流焊接会遇到各种各样的焊接不良现象，诸如不润湿、芯吸、渗析以及桥连、开焊、空洞等。需要指出，不是每类封装都会发生这些焊接不良。不同的封装有不同的工艺特性，所产生的焊接问题也不同。比如，片式元件最容易发生的焊接问题是偏移和立碑，BGA封装最容易发生的焊接问题是球窝和空洞。球窝永远不会出现在片式元件上，立碑也不会出现在BGA上。掌握这些封装的工艺特点以及常见的焊接不良与形成原因，对优化焊盘与钢网的设计以及提升焊接的直通率具有重要意义。
片式元件（Chip）类封装
1.范围
片式元件（Chip）类，一般指形状规则、2～4个引出端的片式元件，主要有片式电阻、片式电容和片式电感，如图1-13所示。
图1-13 片式元件（Chip）类常见封装
2.耐焊接性
根据PCBA组装可能的最大焊接次数以及IPC/JEDEC J-STD-020的有关要求，一般片式元件具备以下的耐焊接性：
1）有铅工艺
（1）能够承受5次标准有铅再流焊接，温度曲线参见IPC/JEDEC J-STD-020D。
（2）能够承受在260℃熔融焊锡中10s以上的一次浸焊过程。
2）无铅工艺
（1）能够承受3次标准有铅再流焊接，温度曲线参见IPC/JEDEC J-STD-020D。
（2）能够承受在260℃熔融焊锡中10s以上的一次浸焊过程。
3.工艺特点
（1）封装尺寸。
片式电阻、片式电容的封装比较规范，有英制和公制两种表示方法。在业内多使用英制，这主要与行业习惯有关。
常用片式电阻/电容的封装代号与对应尺寸如表1-1所示。
表1-1 常用片式电阻/电容的封装代号与对应尺寸
（2）0603及以上尺寸的封装工艺性良好，正常工艺条件下，很少有焊接问题；0402及以下尺寸的封装，工艺性稍差，一般容易出现立碑、翻转等不良现象。
J形引脚类封装
1.范围
J形引脚类封装（J-lead），是SMT早期出现的一类封装形式，常见的包括SOJ、PLCCR、PLCC，如图1-14所示。
图1-14 J形引脚类常见封装
2.耐焊接性
J形引脚类封装耐焊接性比较好，一般具备以下的耐焊接性：
1）有铅工艺
能够承受5次标准有铅再流焊接，温度曲线参见IPC/JEDEC J-STD-020D。
2）无铅工艺
能够承受3次标准无铅再流焊接，温度曲线参见IPC/JEDEC J-STD-020D。
3.工艺特点
美国德州仪器公司（Texas Instruments，TI）首先在64Kb DRAM和256Kb DRAM中采用，现在已经广泛用于逻辑电路器件的封装。
（1）J形引脚的封装，一方面引脚在芯片底部向内弯曲，不容易变形，共面性好；另一方面，引脚标准间距为1.27mm，比较大。因此，焊接工艺性非常好，在一般工艺水准下，不容易出现焊接不良问题，唯一的不足就是拆卸比较困难。
（2）封装密度比较小，不仅尺寸大（如PLCC-100，高达5mm），而且I/O数有限（43mm×43mm的PLCC，I/O数只有124个），所以目前应用不是很多。
（3）由于其引脚与安装面垂直且刚性好的特点，可以通过转接插座进行安装，如图1-15所示。这种设计多用于内存、逻辑器件，方便更换。
图1-15 PLCC转接插座
（4）PLCC封装是IC封装中厚度最大的一类，最小厚度也达到3.75mm，这个厚度归为IPC/JEDEC J-STD-002中封装厚度分类的最高档（＞2.5mm）。过厚的封装厚度，意味着吸潮后容易分层，这就要求再流焊接时必须关注再流焊接峰值温度是否超标的问题。
L形引脚类封装
1.范围
L形引脚也称鸥翼形引脚（Gull-Wing Leader），此类封装有很多种，主要有SOIC、TSSOP、BQFP、SQFP、QFP和QFPR，如图1-16所示。之所以种类多，是因为它们源自不同的标准，如IPC、EIAJ、JEDEC。从工艺的角度，我们可以简单地把此类封装归为SOP、QFP两类。
图1-16 L形引脚类常见封装
2.耐焊接性
L形引脚类封装耐焊接性比较好，一般具备以下的耐焊接性：
（1）有铅工艺。能够承受5次标准有铅再流焊接，温度曲线参见IPC/JEDEC J-STD-020D。
（2）无铅工艺。能够承受3次标准无铅再流焊接，温度曲线参见IPC/JEDEC J-STD-020D。
3.工艺特点
（1）引脚间距形成标准系列，如1.27mm、0.80mm、0.65mm、0.635mm、0.50mm、0.40mm、0.30mm。其中1.27mm只出现在SOIC封装上，0.635mm只出现在BQFP封装上。
（2）塑封的L形引脚类封装，属于潮湿敏感器件，容易吸潮，使用前需要确认吸潮是否超标。如果吸潮超标，应进行干燥处理。
（3）0.65mm及以下引脚间距的封装，其引脚比较细，容易变形。因此，在配送、写片等环节，应小心操作，以免引脚变形而导致焊接不良。如不小心掉到地上，捡起来后应进行引脚共面度和间距的检查与矫正。
（4）0.4mm及其以下引脚间距的封装，对焊膏量非常敏感。因此，在应用0.4mm及其以下引脚间距的封装时，设计方面应扩大工艺窗口，生产现场应确保稳定、合适的焊膏量。最常见的焊接问题是桥连与开焊。
（5）TSSOP封装，由于其厚度薄，标准高度尺寸为1.27mm，引脚应力释放能力比较弱，使该得封装与PCB的热膨胀系数（CTE）不匹配成为问题，一般温度循环试验寿命都比较小。
（6）L形引脚类封装器件，手工焊接有一定的难度，需要专门的培训。焊接的要领是必须选用合适的烙铁，沿引脚方向拖锡，一边拆桥连，一边对引脚进行矫正。
BGA类封装
1.范围
BGA类封装（Ball Grid Array），按其结构划分，主要有塑封BGA（P-BGA）、倒装BGA（F-BGA）、载带BGA（T-BGA）和陶瓷BGA（C-BGA）四大类，如图1-17所示。
图1-17 BGA类的封装形式
2.工艺特点
（1）BGA引脚（焊球）位于封装体下，无法目视检验，必须采用X光透射设备才能检查。
（2）BGA属于湿敏器件，如果吸潮，容易发生“爆米花”、变形等焊接缺陷。因此，组装前必须确认是否符合工艺要求。
（3）BGA也属于应力敏感器件，四角焊点容易成为应力集中点，在机械应力作用下很容易被拉断。因此，在PCB设计时应尽可能将其布放在远离组装应力源的地方，如拼板边和螺钉附近。
总体而言，焊接的工艺性比较好，但有许多独有的焊接问题，参见IPC-7095。
BTC类封装
1.范围
BTC是Bottom Termination Surface Mount Component的缩写，可翻译为“底部焊端器件”，它是比较新的一类封装，其特点是外面的连接端与封装体内的金属（也可以看作引线框架）是一体化的，如图1-18所示。其具体封装名称很多，但实际上就是两大类，即周边方形焊盘布局和面阵圆形焊盘布局。
图1-18 BTC类封装的特点
在IPC-7093中列出的BTC类封装形式有QFN（Quad Flat No-lead package）、SON（Small Outline No-lead）、DFN（Dual Flat No-lead）、LGA（Land Grid Array）、MLFP（Micro Leadframe Package），如图1-19所示。
图1-19 BTC类的封装形式
2.工艺特点
（1）BTC的焊端为面，与PCB焊盘形成的焊点为“面—面”连接。
（2）BTC类封装的工艺性比较差，换句话讲就是焊接难度比较大，经常发生的问题为焊缝中有空洞、周边焊点虚焊或桥连。
这些问题产生的原因主要有两个：一是封装体与PCB之间间隙过小，贴片时焊膏容易挤连，焊接时焊剂中的溶剂挥发通道不畅通；二是热沉焊盘与I/O焊盘面积相差悬殊，当I/O焊盘上焊膏沉积率低时，容易发生“元器件托举”现象而虚焊。因此，确保I/O焊盘上焊膏量合适要比减少热沉焊盘上的焊膏量更有效。