BGA技術(shù)成為現代組裝技術(shù)的主流

.SMT■BGA技術(shù)成為現代組裝技術(shù)的主流表面(烽火通信科技股份有限公司430074) 鮮飛摘要簡(jiǎn)要介紹了BCA的概念、分類(lèi)、發(fā)展現狀、應用情況等. BGA是現代組裝技術(shù)的新概念，它的出現促進(jìn)SMT(表面貼裝技術(shù))與SMD(表面貼裝元器件)的發(fā)展和革新，并將成為高密度、高性能、多功能及高I/0數封裝的最佳選擇。關(guān)鍵詞表面組裝技術(shù) 塑料球柵陣列 陶瓷球柵陣列 陶瓷圓柱柵格陣列 載帶球柵陣列BGA Enters Mainstream of the Contemporary AssemblyTechnologyXian FeiAbstract Simply introduces the things of the BGA's concept, division, development and application. BGA is a newconcept of contemporary assembly technology. BGA has developed and innovated the SMT/SMD since it was ap-peared. It is believed that BGA will be the best choice of the IC with density, high performance, multiple function andhigh IOs.Key words SMT PBGA CBGA CCGA TBGA20世紀90年代隨著(zhù)集成技術(shù)的進(jìn)步、設備的已。BGA一出現便成為CPU、GPU、主板上南1北改進(jìn)和深亞微米技術(shù)的使用，LSI、 VLSI、ULSI相橋芯片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。繼出現，硅單芯片集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴格，I/0引腳數急劇增加，功耗也隨之增大。為滿(mǎn)足發(fā)展的需要，在原有封裝品種基礎上，又增添了新的品種一球柵陣列封裝， 簡(jiǎn)稱(chēng)BGA(ball grid array package) ,它的I/O引腳以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，引線(xiàn)間距大，引線(xiàn)長(cháng)度短，這樣BGA消除了精細間距圖1采用BGA封裝的GeForce FX圖形芯片器件中由于引線(xiàn)而引起的共面度和翹曲的問(wèn)題。BGA封裝技術(shù)特點(diǎn)有:BGA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可增加I/O數和間距，消除QFP(1 ) I/O引腳數雖然增多,但引腳間距遠大于技術(shù)的高1/0數帶來(lái)的生產(chǎn)成本和可靠性問(wèn)題。QFP,從而提高了組裝成品率;53如圖1所示的NVIDIA公司的GeForce FX圖形(2)中國煤化工能用可控塌芯片(GPU)體現了當前工程技術(shù)的最高成就，相陷芯片法CNMHGT以改善它的信看到芯片照片上那1152個(gè)焊腳的人都會(huì )驚嘆不電熱性能;Printed Circuit Information印制電路信息2004 No. 7... ... .i(3)厚度比QFP減少1/2以上，重量減輕3/4現象的產(chǎn)生，以及解決設計到較大芯片尺寸的可以上;靠性的問(wèn)題。這些挑戰在具有大量1/0封裝器件身(4 )寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用上的程度更加嚴重。在裝配好了以后關(guān)于焊點(diǎn)的表頻率大大提高;可靠性涉及到的問(wèn)題很少，這是因為和絕大多數面(5)組裝可用共面焊接，可靠性高;的表面貼裝元器件不同，在熱循環(huán)期間沒(méi)有失效1BGA技術(shù)簡(jiǎn)介機理存在。另外增加的一項挑戰是要求降低BGA的結構可按引出焊點(diǎn)形狀分為兩類(lèi):球PBGA封裝的成本價(jià)格。經(jīng)過(guò)種種努力，它們將會(huì )形焊點(diǎn)和柱狀焊點(diǎn)。球形焊點(diǎn)的包括塑料球柵陣成為具有良好性?xún)r(jià)比的替換QFP器件的手段，甚列(plastic ball grid array,簡(jiǎn)稱(chēng)PBGA)、陶瓷球柵陣至在I/O數量少于200時(shí)也是如此。列(ceramic ball grid array,簡(jiǎn)稱(chēng)CBGA)、載帶球柵1.2陶瓷球 柵陣列(CBGA)陣列( tape ball grid array, 簡(jiǎn)稱(chēng)TBGA )。柱狀焊CBGA是另外一種BGA封裝的形式。它的基板點(diǎn)的有陶瓷圓柱柵格陣列( ceramic column grid是多層陶瓷，金屬蓋板用密封焊料焊接在基板上，array,簡(jiǎn)稱(chēng)CCGA )。下面將分別對這些封裝形式用以保護芯片、引線(xiàn)及焊盤(pán)。焊球材料為高溫共晶進(jìn)行介紹。焊料10Sn90Pb,焊球和封裝體的連接需使用低溫共1.1塑封球 柵陣列(PBGA)晶焊料63Sn37Pb。封裝體尺寸為10 mm~35 mm,標PBGA是最常用的BGA封裝形式。PBGA封準的焊球間距為1.27mm、1.0mm。裝采用BT樹(shù)脂/玻璃層壓板作為基板，以塑料CBGA器件能夠使用標準的表面貼裝組裝和(環(huán)氧模塑混合物)作為密封材料，焊球直徑為再流焊接工藝進(jìn)行裝配。這種CBGA再流焊接工0.76 mm,使用63Sn37Pb或62Sn36Pb2Ag合金焊藝不同于在PBGA裝配中所采用的再流焊接工藝，料(目前已有部分制造商使用無(wú)鉛焊料)，焊球和然而，這不過(guò)是焊球結構變化的結果。PBGA中的封裝體的連接不需要另外使用焊料。低溫共晶焊料(37Pb/63Sn)在183 C時(shí)發(fā)生熔化現這些組件可以通過(guò)使用標準的表面貼裝裝配象，然而CBGA焊球( 90Pb/10Sn)大約在300工藝進(jìn)行裝配。低共熔點(diǎn)合金焊膏可以通過(guò)模板時(shí)發(fā)生熔化現象。--般標準的表面貼裝再流焊接印刷到PCB的焊盤(pán)上面。組件上的焊料球被安置所采用的220C溫度，僅能夠熔化焊膏，卻不能在焊膏上面,接著(zhù)裝配工作進(jìn)入到再流焊階段。由熔化焊球。所以為了能夠形成良好的焊接點(diǎn),于在電路板上面的焊膏和在組件上面的焊球都是CBGA器件與PBGA器件相比較，在模板印刷期低共熔點(diǎn)焊料，在再流焊接工藝實(shí)施期間,焊球熔間，必須有更多的焊膏施加到電路板上面。在再;化發(fā)生塌陷，形成了0.56 mm高的半球形“引線(xiàn)”。流焊接期間，焊料填充在焊球的周?chē)?，焊球所起PBGA封裝器件所具有的主要優(yōu)點(diǎn)是:到的作用像-一個(gè)剛性支座。因為是在兩個(gè)不同的(1)制造商完全可以利用現有的裝配技術(shù)和Pb/Sn焊料結構之間形成互連，在焊膏和焊球之間廉價(jià)的材料，從而確保整個(gè)封裝器件具有較低廉的界面實(shí)際上不復存在，所形成的擴散區域具有的價(jià)格。從90Pb/l0Sn到37Pb/63Sn光滑斜度。(2)與PCB板(印刷線(xiàn)路板，通常為FR-4CBGA封裝器件不象PBGA封裝器件，在電路板)的熱匹配性好。PBGA機構中的BT樹(shù)脂/玻板和陶瓷封裝之間存在有熱膨脹系數不匹配的問(wèn)璃層壓熱膨脹系數(thermal coefficient o題，這類(lèi)問(wèn)題會(huì )在熱循環(huán)期間，造成較大封裝器expansion，簡(jiǎn)稱(chēng)TCE)約為14 x 10-*/C,PCB 板件焊點(diǎn)失效的現象。通過(guò)大量的可靠性測試工的約為17 x 10-*/C，兩種材料的TCE比較接近,作，已經(jīng)證明CBGA封裝器件能夠在高達32mm2因而熱匹配性好。的區域，承受業(yè)界標準的熱循環(huán)測試標準的考(3)在再流焊過(guò)程中可利用焊球的自對準作核。當焊球的間距為1.27 mm ( 50mils)時(shí)，I/0 引54用，即熔融焊球的表面張力來(lái)達到焊球與焊盤(pán)的腳數量限定值為625個(gè)。當陶瓷封裝體的尺寸大對準要求。中國煤化工它可以替換的方式。采用PBGA技術(shù)所應面對的挑戰是將對潮濕YHCNMH G要有:氣體的吸收降低到最少的程度，以降低“爆米花”(1)組件擁有優(yōu)異的熱性能和電性能;. Printed Circuit Information印制電路信息2004 No. 7.(2)氣密性好，抗濕氣性能高，因而封裝組除以往的技術(shù)，新技術(shù)也不可能完全取代以往的件的長(cháng)期可靠性高;技術(shù)，因為新技術(shù)只是在某些方面有所突破，有(3)與PBGA器件相比，封裝密度更高。所超越。而且新技術(shù)也不十全十美，BGA本身仍1.3 陶瓷圓柱柵格陣列(CCGA)有許多不盡人意之處:表CCGA器件是CBGA器件的改進(jìn)型。兩者之間(1)焊點(diǎn)檢測困難。BGA的焊點(diǎn)隱藏在封裝面貼的主要區別在于CCGA器件采用90Pb/l0Sn的焊料之下，就為焊點(diǎn)質(zhì)量的檢測提出了難題，雖然用圓柱陣列來(lái)替代CBGA陶瓷底面的焊料球，以提:X-ray技術(shù)可以檢測到焊點(diǎn)，但畢竟X-ray檢測裝高其焊點(diǎn)的抗疲勞能力。因此柱狀結構更能緩解置非常昂貴，而且要達到100%的焊點(diǎn)檢測率還有熱匹配不好引起的陶瓷載體和PCB板之間的剪需要進(jìn)一步研究。切應力。CCGA器件圓柱的直徑尺寸為0.508 mm(2) BGA可靠性問(wèn)題。在大批量生產(chǎn)的PBGA( 20 mils),間距為1.27 mm (50 mils)。CCGA 適中，由于吸潮，使電路芯片與PCB連接處發(fā)生“應用于尺寸更大的封裝和更多的1/0,而且耐高溫1力開(kāi)裂”和層壓板剝離。在CCGA和CBGA中,陶高壓。44 mm2的封裝，1.27 mm焊柱間距的CCGA瓷基板與PCB的TCE不匹配,可靠性問(wèn)題更為嚴重。其I/O數達到1089。再流焊時(shí)，焊柱與PCB板上(3)返修較其它芯片困難。由于BGA的焊點(diǎn)的共晶焊料連接在一起，提供了撓性的連接結隱藏在封裝之下，所以需要使用專(zhuān)門(mén)的返修工構。陶瓷基板有-一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是如果元件必須從PCB具。從1996年開(kāi)始，美國幾家公司開(kāi)始向中國市板上取下或更換時(shí)，這些封裝上的焊料可以重新場(chǎng)推出BGA返修設備。球化或柱化，不必擔心返修會(huì )對昂貴的元件造成(4)增加PCB制造成本。BGA是高密度、高員壞。1/0器件，器件的供電、接地、信號傳輸等布線(xiàn)技1.4載帶球柵陣列(TBGA)術(shù)必然要采用多層PCB技術(shù)，無(wú)疑會(huì )增加PCB的TBGA是TAB ( tape automatic bond )與BGA制造成本。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)很好的結合。TBGA是由連接至銅/聚酰3應用前景展望亞胺柔性電路或者說(shuō)具有兩層金屬層的載帶以及BGA技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化芯片所組成。載帶的頂部金屬層是一層均勻的接階段。1987 年，日本西鐵城(Citizen )公司開(kāi)始著(zhù)地面，底面金屬層包含由將芯片連接至焊球陣列手研制塑封球柵陣列封裝芯片。而后，摩托羅拉、的銅線(xiàn)。引線(xiàn)鍵合、再流焊接、或者說(shuō)熱壓/超康柏等公司也隨即加入到開(kāi)發(fā)BGA的行列。1993聲波內部引線(xiàn)連接等方法可以用來(lái)將芯片與銅線(xiàn)年，摩托羅拉率先將BGA應用于移動(dòng)電話(huà)。同年,相連接。當連接好了以后，對芯片采用密封處理康柏公司也在工作站、PC電腦上加以應用。直到以提供有效的防護。焊球通過(guò)類(lèi)似于引線(xiàn)鍵合的七八年前，Intel 公司在電腦CPU中(即奔騰II、奔微焊( micro- welding )工藝處理方法被逐個(gè)地連騰II、奔騰IV等)，以及芯片組(如i815、i845 等)接到銅線(xiàn)的另外- -端。TBGA使用90Pb/10Sn的合中開(kāi)始使用BGA,這對BGA應用領(lǐng)域擴展發(fā)揮了金焊料，焊球直徑為0.9 mm (35 mils),一般采用推波助瀾的作用。目前，BGA已成為極其熱門(mén)的1.27 mm ( 50 mils )間距的陣列配置形式，具有體芯片封裝技術(shù)，其全球市場(chǎng)規模在2001年為12億積小、重量輕、電性能好和極長(cháng)的熱循環(huán)壽命等塊，預計2005年市場(chǎng)需求將比2001年有70%以上優(yōu)點(diǎn)。TBGA的載帶體厚度不到0.127 mm，上下幅度的增長(cháng)，成為現代組裝技術(shù)的主流。兩面分別是0.0127 mm~0.0381 mm的銅導體，中參考文獻間是0.5 mm厚的介質(zhì)。由于這種基材本身具有柔[]禹勝林，王聽(tīng)岳，崔殿亨.球柵陣列( BGA )封裝元件軟的特性而且它同標準PCB材料的TCE匹配相當與檢測技術(shù)J].電子工藝技術(shù), 2000(1): 10~12好，因此焊點(diǎn)的熱循環(huán)壽命極長(cháng)。[2]湯勇峰.BGA檢測技術(shù)與質(zhì)量控制I].電子工藝技術(shù)，2BGA技術(shù)面臨的挑戰2000(1): 17~195BGA技術(shù)的出現是IC從四邊引線(xiàn)封裝到陣列[3]Reza Gb中國煤化工Applications[J.Electronic焊點(diǎn)封裝的一大進(jìn)步，實(shí)現了器件更小，引線(xiàn)更[4]鮮飛. IMHCNMHG國外電子元器多以及優(yōu)良的電性能。但是新技術(shù)的發(fā)展并不排件，2001 (3): 13~15Printed Circuit Information印制電路信息2004 No. 7... ... ..: