BGA器件分类与返修工艺

发布日期：2011/6/19 20:39

BGA器件分类与返修工艺（/UploadFile/eWebFiles/2011-06-19-20-40-57.pdf

1概述
　　随着电子产品向小型化､便携化､网络化和高性能方向的发展,对电路组装技术和I/O引线数提出了更高的要求,芯片的体积越来越小,芯片的管脚越来越多,给生产和返修带来了困难｡原来SMT中广泛使用的QFP(四边扁平封装),封装间距的极限尺寸停留在0.3mm,这种间距其引线容易弯曲､变形或折断,相应地对SMT组装工艺､设备精度､焊接材料提出严格的要求,即使如此,组装窄间距细引线的QFP,缺陷率仍相当高,最高可达6000ppm,使大范围应用受到制约｡近年出现的BGA(BallGrid Array球栅阵列封装器件),由于芯片的管脚不是分布在芯片的周围而是分布在封装的底面,实际是将封装外壳基板原四面引出的引脚变成以面阵布局的pb/sn凸点引脚,这就可以容纳更多的I/O数,且可以较大的引脚间距如1.5､1.27mm代替QFP的0.4､0.3mm,很容易使用SMT与PCB上的布线引脚焊接互连,因此不仅可以使芯片在与QFP相同的封装尺寸下保持更多的封装容量,又使I/O引脚间距较大,从而大大提高了SMT组装的成品率,缺陷率仅为0.35ppm,方便了生产和返修,因而BGA元器件在电子产品生产领域获得了广泛使用｡
　　随着引脚数增加,对于精细引脚在装配过程中出现的桥连､漏焊､缺焊等缺陷,利用手工工具很难进行修理,需用专门的返修设备并根据一定的返修工艺来完成｡
　　2 BGA元器件的种类与特性
　　2.1 BGA元器件的种类
　　按封装材料的不同,BGA元件 主要有以下几种:
　　PBGA(plastic BGA塑料封装的BGA)
　　CBGA(ceramic BGA陶瓷封装的BGA)
　　CBGAceramic column BGA陶瓷柱状封装的BGA
　　TBGA(tape BGA 载带状封装的BGA)
　　CSP(Chip Scale Package或μBGA)
　　PBGA是目前使用较多的BGA,它使用63Sn/37Pb成分的焊锡球,焊锡的溶化温度约为183°C｡焊锡球直径在焊接前直径为0.75毫米,回流焊以后,焊锡球高度减为0.46-0.41毫米｡PBGA的优点是成本较低,容易加工,不过应该注意,由于塑料封装,容易吸潮,所以对于普通的元件,在开封后一般应该在8小时内使用,否则由于焊接时的迅速升温,会使芯片内的潮气马上气化导致芯片损坏,有人称此为“苞米花” 效应｡按照JEDEC的建议,PBGA芯片在拆封后必须使用的期限由芯片的敏感性等级决定(见表1): 表1PBGA芯片拆封后必须使用的期限
敏感性等级
芯片拆封后置放环境条件
拆封后必须使用的期限

1级=< 30 C , < 90% RH无限制

2级 =< 30 C , < 60% RH1年

3级=< 30 C , < 60% RH168小时

4级=< 30 C , < 60% RH72小时

5级=< 30 C , < 60% RH24小时

　　CBGA焊球的成分为90Pb/10Sn它与PCB连接处的焊锡成分仍为63Sn/37Pb
CBGA的焊锡球高度较PBGA高,因此它的焊锡溶化温度较PBGA高,较PBGA不容易吸潮,且封装的更牢靠｡CBGA芯片底部焊点直径要比PCB上的焊盘大,拆除CBGA芯片后,焊锡不会粘在PCB的焊盘上,见表2｡
表2 PBGA与CBGA焊接锡球的区别
特性
PBGA
CBGA

焊锡球成分63Sn/37Pb 90Pb/10Sn

焊锡球溶化温度
183°C 302°C

溶化前焊锡球直径
0.75毫米
0.88毫米

溶化后焊锡球直径
0.4-0.5毫米
0.88毫米

　　CCBGA的焊锡柱直径为0.51毫米,柱高度为2.2毫米,焊锡柱间距一般为1.27毫米,焊锡柱的成分是90Pb/10Sn｡
　　TBGA的焊锡球直径为0.76毫米,球间距为1.27毫米｡与CBGA相比,TBGA对环境温度要求控制严格,因芯片受热时,热张力集中在4个角,焊接时容易有缺陷｡
　　CSP芯片的封装尺寸仅略大于裸芯片尺寸不超过20%,这是CSP与BGA的主要区别｡CSP较BGA,除了体积小之外,还有更短的导电通路､更低的电抗性,更容易达到频率为500MHz-600MHz的范围｡