 Package Measuring 球栅阵列（BGA）封装测量方法)
目录
4.17.1 概述
4.17.2 适用范围
4.17.3 目的与依据
4.17.4 方案内容：基准建立
4.17.5 第二基准（基准 A）
4.17.6 第三基准（基准 B）
4.17.7 共面性
方法 1：支撑面法
方法 2：回归平面法
4.17.8 焊球直径
4.17.9 焊球实际位置
4.17.10 封装尺寸 aaa
4.17.11 焊球高度
4.17.12 支撑高度（A1、A3）
方法 1
方法 2
4.17.13 安装高度
4.17.14 平面度
4.17.1 概述
球栅阵列（BGA）封装的外部尺寸在设计指南及单项标准中已有规定。然而，不同企业和个人采用的外部尺寸测量方法存在差异，导致半导体制造商与终端用户之间的测量结果出现偏差。此外，设计指南中部分尺寸的测量难度极大。因此，本指南旨在明确并标准化 BGA 封装的测量方法。
图 4.17-1
图 4.17-2
图 4.17-3
图 4.17-4
4.17.2 适用范围
本部分规定了 BGA 封装测量所采用的方法定义。
4.17.3 目的与依据
本方案的目的是统一 BGA 封装机械验证所采用的方法。本文提出的方法具有合理性，既适用于自动化成像 / 测量系统，也适用于 BGA 封装应用行业中使用的简易量块系统。
本方案提供的建议符合封装制造、集成电路测试、组装制造及 BGA 封装应用终端行业的需求。建议不聚焦于 BGA 应用领域的某一特定方面，而是覆盖封装的所有应用场景。
机械验证方法的简化，可确保大规模用户与小批量用户均能具备完成必要检测任务的能力，从而验证 BGA 封装是否符合所有 JEDEC 标准要求。
上述测量可采用手动或自动方式进行。若某一规定尺寸的测量需破坏封装才能完成（难度极大），则可通过其他尺寸计算得出该尺寸数值。
4.17.4 方案内容：基准建立
在确定后续参数测量结果前，必须先建立作为测量参考基准的主基准。所有基准参考均需遵循 JEDEC 标准术语规范。
4.17.5 第二基准（基准 A）
在封装的 E 面（见图 4.17-1）上，至少需选取 4 个点（点 1 - 点 4）（见图 4.17-5），并通过这些点绘制直线（线 1-2 和线 3-4）。基准 A 为通过这两条直线中点（点 5 和点 6）的直线。
4.17.6 第三基准（基准 B）
在封装的 D 面上（见图 4.17-1），选取与基准 A 重合的 2 个点（点 7 和点 8）（见图 4.17-6）。通过该直线（线 7-8）中点且垂直于基准 A 的直线，定义为基准 B。
图 4.17-5
图 4.17-6
4.17.7 共面性
共面性偏差定义为：每个焊球的顶点到支撑面（Seating Plane）的距离。测量支撑面（经计算得出）到每个焊球最高点的距离，其中最大测量值即为封装的共面性偏差。允许的偏差值由 ddd 定义（见图 4.17-9）。
方法 1：支撑面法
任意单个焊球的共面性偏差，为该焊球顶点到共面性参考面（三点支撑面）的垂直距离。整个封装的共面性偏差，等于所有焊球中测得的最大共面性偏差值。
需确定每个焊球的顶点：焊球顶点是焊球表面在空间中的三维点，其到基板的垂直距离最大（参见 4.17.11 焊球高度）。
选取到基板垂直距离最大的三个焊球顶点，由这三个顶点构成的平面定义为 “支撑面”（见图 4.17-7）。
构成支撑面的三个焊球所形成的三角形，必须完全包含封装重心（C.O.G.）的投影，该支撑面才视为有效。若支撑面无效，则选取下一个到基板垂直距离最大的焊球作为候选支撑焊球，并继续寻找有效支撑面。
若支撑面经过封装重心，则该支撑面有效，但可能存在多个有效支撑面。当存在多个有效支撑面时，应选择产生最恶劣测量结果的支撑面，作为该支撑面相关测量的基准。
图 4.17-7
图 4.17-8
图 4.17-9
方法 2：回归平面法
回归平面是通过所有焊球顶点的最佳拟合平面，用于模拟封装在回流焊表面贴装过程中的共面性状态。
需确定每个焊球的顶点：焊球顶点是焊球表面在空间中的三维点，其到基板的垂直距离最大（参见 4.17.11 焊球高度）（见图 4.17-10）。
采用 “最小二乘法” 算法，通过所有焊球顶点拟合得到最佳平面，该平面即为回归平面。
随后，将回归平面平行偏移至到基板垂直距离最大的焊球顶点处。
注：共面性测量优先采用方法 1。若方法 2 的测量结果与方法 1 具有相关性，则方法 2 可作为可接受的替代方案。
图 4.17-10
4.17.8 焊球直径
焊球直径指：在焊球最大直径处，能够外接焊球圆周的最小圆的直径。该最佳拟合圆需与支撑面平行。将封装放置在支撑面上，测量最佳拟合圆的直径（见图 4.17-11）。
图 4.17-11
4.17.9 焊球实际位置
任意单个焊球的实际位置偏差，指该焊球的理论中心位置与实际测量中心位置之间的距离，测量基准为根据封装边缘特征得出的基准（见图 4.17-12）。该基准代表封装的中心线，由特征控制框中的基准特征参考定义（见图 4.17-4）。
需为每个焊球确定最佳拟合圆（参见 4.17.8 焊球直径）：该圆与基板平行，且在焊球最大直径处外接焊球圆周。
以该最佳拟合圆的圆心作为参考点，确定每个焊球的实际位置。
构建所有焊球均位于理论位置的理想封装模型，将该模型与被测封装进行叠加，使理想封装与实际封装的本体边缘尽可能重合。
每个焊球的位置偏差，可通过理想位置与实际位置的差值确定。偏差计算为从理想位置指向实际位置的矢量，该矢量的长度必须小于位置公差带的半径。
若适用，验收时需考虑焊球直径偏离特征控制框中规定的材料状态所产生的附加公差。
图 4.17-12
4.17.10 封装尺寸 aaa
封装在两个方向上的尺寸，由能够外接封装边缘的最大正方形（或矩形）与最小正方形（或矩形）的长度和宽度确定。将封装放置在支撑面上，使封装的 1 号引脚与量块对齐，确保封装边缘处于封装公差范围内（见图 4.17-13）。其中，“aaa” 代表封装边缘的表面轮廓公差。
图 4.17-13
4.17.11 焊球高度
每个焊球的高度，定义为该焊球顶点到封装基板的垂直距离。将封装放置在支撑面上，从基板表面测量到每个焊球顶点的距离（见图 4.17-14）。
图 4.17-14
4.17.12 支撑高度（A1、A3）
方法 1
任意封装的支撑高度，指从支撑面到封装基板或封装盖（适用于下凹式设计）的最短垂直距离（见图 4.17-15）。若存在多个支撑面，则以产生最恶劣支撑高度测量结果的支撑面为准。
图 4.17-15
方法 2
将封装放置在平面上，测量从基板上边缘（或封装盖上边缘）到 “最恶劣焊球”（即顶点到基板距离最大的焊球）的距离（见图 4.17-16）。
注：支撑高度测量优先采用方法 1。若方法 2 的测量结果与方法 1 具有相关性，则方法 2 可作为可接受的替代方案。
图 4.17-16
4.17.13 安装高度
任意封装的安装高度，指从支撑面到封装顶部最高点的最大垂直距离（见图 4.17-17）。若存在多个支撑面，则以产生最恶劣安装高度测量结果的支撑面为准。
将器件放置在平面上，测量从该平面到器件顶部最高点的距离。
图 4.17-17
4.17.14 平面度
将封装放置在支撑面上，通过验证封装顶部表面的最高点是否处于封装公差 ccc 范围内，来测量封装的平面度（见图 4.17-18）。
图 4.17-18
