BGA封裝技術(shù)及其返修工藝
隨著電子產(chǎn)品向小型化、便攜化、網(wǎng)絡(luò)化和高性能方向發(fā)展,對電路組裝技術(shù)和I/O引線數(shù)提出了更高的要求,芯片體積越來越小,芯片引腳越來越多,給生產(chǎn)和返修帶來困難。原來SMT中廣泛使用的QFP（四邊扁平封裝）,封裝間距的極限尺寸停留在0.3mm,這種間距引線容易彎曲、變形或折斷,相應(yīng)地對SMT組裝工藝、設(shè)備精度、焊接材料提出嚴(yán)格的要求,即使如此,組裝小間距細(xì)引線的QFP,缺陷率仍相當(dāng)高,最高可達(dá)6000ppm,使大范圍應(yīng)用受到制約。近年出現(xiàn)的BGA（Ball Grid Array 球柵陣列封裝器件）,由于芯片引腳不是分布在芯片的周圍而是在封裝的底面,實際是將封裝外殼基板原四面引出的引腳變成以面陣布局的pb/sn凸點引腳,這就可以容納更多的I/O數(shù),且可以較大的引腳間距如1.5、1.27mm代替QFP的0.4、0.3mm,很容易使用SMT與PCB上的布線引腳焊接互連,因此不僅可以使芯片在與QFP相同的封裝尺寸下保持更多的封裝容量,又使I/O引腳間距較大,從而大大提高了SMT組裝的成品率,缺陷率僅為0.3～5ppm,方便了生產(chǎn)和返修,因而BGA封裝技術(shù)在電子產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了廣泛使用。
隨著引腳數(shù)增加,對于精細(xì)引腳在裝配過程中出現(xiàn)的橋連、漏焊、缺焊等缺陷,利用手工工具很難進(jìn)行修理,需用專門的返修設(shè)備并根據(jù)一定的返修工藝來完成。
按封裝材料的不同,BGA元件主要有以下幾種：
·PBGA（plastic BGA,塑料封裝的BGA）;
·CBGA（ceramic BGA,陶瓷封裝的BGA）;
·CCBGA(ceramic column BGA,陶瓷柱狀封裝的BGA);
·TBGA（tape BGA, 載帶狀封裝的BGA）;
·CSP（Chip Scale Package或mBGA）。
PBGA是目前使用較多的BGA,它使用63Sn/37Pb成分的焊錫球,焊錫的熔化溫度約為183℃。焊錫球在焊接前直徑為0.75mm,回流焊以后,焊錫球高度減為0.46～0.41mm。PBGA的優(yōu)點是成本較低,容易加工;不過應(yīng)該注意,由于塑料封裝,容易吸潮,所以對于普通的元件,在開封后一般應(yīng)該在8小時內(nèi)使用,否則由于焊接時的迅速升溫,會使芯片內(nèi)的潮氣馬上汽化導(dǎo)致芯片損壞,有人稱此為“ 苞米花”效應(yīng)。按照J(rèn)EDEC的建議,PBGA芯片在拆封后必須使用的期限由芯片的敏感性等級決定(見表1）。
CBGA焊球的成分為90Pb/10Sn(它與PCB連接處的焊錫成分仍為63Sn/37Pb),CBGA的焊錫球高度較PBGA高,因此它的焊錫熔化溫度較PBGA高,較PBGA不容易吸潮,且封裝更牢靠。CBGA芯片底部焊點直徑要比PCB上的焊盤大,拆除CBGA芯片后,焊錫不會粘在PCB的焊盤上,見表2。
CCBGA焊錫柱直徑為0.51mm,柱高度為2.2mm,焊錫柱間距一般為1.27mm,焊錫柱的成分是90Pb/10Sn。
TBGA焊錫球直徑為0.76mm,球間距為1.27mm。與CBGA相比,TBGA對環(huán)境溫度要求控制嚴(yán)格,因芯片受熱時,熱張力集中在4個角,焊接時容易有缺陷。
CSP芯片的封裝尺寸僅略大于裸芯片尺寸(不超過20％),這是CSP與BGA的主要區(qū)別。CSP較BGA,除了體積小外,還有更短的導(dǎo)電通路、更低的電抗性,更容易達(dá)到頻率為500～600MHz的范圍。
我們可以從以下同為304引腳的QFP與BGA芯片的比較看出BGA的優(yōu)點：
概括起來,和QFP相比,BGA的特性主要有：
1.I / O引線間距大(如1.0,1.27,1.5mm),可容納的I/O數(shù)目大(如1.27mm間距的 BGA在25mm邊長的面積上可容納350個I/O, 而0.5mm間距的QFP在40mm邊長的面積上只容
