【《球栅阵列封装的分类和工序探析概述》3700字】

球栅阵列封装的分类和工序分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u5916球栅阵列封装的分类和工序分析概述 1208391.1球栅阵列封装简介 153301.2球栅阵列封装分类 2258811.2.1PBGA塑料球栅阵列封装 341911.2.2CBGA陶瓷球栅阵列封装 3141261.2.3TBGA封装 446221.2.4带散热器的FCBGA-EBGA 4307071.2.5金属基板BGA（MBGA） 5300541.3球栅阵列封装的工序 5306161.4球栅阵列封装的优缺点 61.1球栅阵列封装简介球栅阵列封装(简称BGA)：一种应用于集成电路的表面安装封装技术，通常用于永久固定微处理器等设备。BGA可提供比其他（如双列直插式）更好的功能（Dual

in-line

package）或四侧引脚扁平封装（Quad

Flat

Package）所容纳更多的接脚，整个装置的底部表面可全作为接脚使用，而不是只有周围可使用，比起周围限定的封装类型还能具有更短的平均导线长度，以具备更佳的高速效能。因为需要精准控制焊接球栅阵列封装的设备，而且工厂的设备都是以自动化的，所以固定插槽和球栅阵列封装中的设备不匹配[17]。球栅阵列封装特点如下，有很多I/O，提高贴装良率，并有可能降低成本，球栅阵列的焊球与电路板之间的接触面短而小，对散热很有帮助，球栅阵列焊球上的短引脚使信号传输线之间的距离变短了，导致引线功率的降低，从而促进电路性能的改良，I/O端的共面性的改善使嵌入使的损失变低，将球栅阵列封装应用于平面封装可以实现平面高密度和高性能的优点，BGA比采用小间距封装的IC更坚固，更可靠。图1.1.1植球后的芯片底部如上图所示，一般而言，采用BGA工艺封装的芯片底部都会有一个焊锡球组成的阵列。植好球之后的芯片通过清洗检验等工序就可以投入使用。手机处理器就是常见的BGA工艺封装的器件。图1.1.2cpu芯片位置上图即为手机cpu芯片的焊接位置。通过一系列的工序，将芯片焊接到电路结构中，通过性能检测，最终制作成具有多功能的电子产品中。1.2球栅阵列封装分类BGA有很多分类，当前，市场上通用的球栅阵列封装芯片主要是PBGA（塑料BGA），CBGA（陶瓷BGA），和TBGA（带有BGA）。此外，还有MBGA（金属BGA），FCBGA（倾斜BGA或翻转BGA），EBGA（带有散热器的BGA）等。根据焊球的布置，它们分为外围型，交错型和全阵列型。[18]1.2.1PBGA塑料球栅阵列封装图1.1PBGA塑料球栅阵列封装最常见的塑料封装BGA（PBGA）是由塑料材料和塑料封装技术联合制作，PCB板材料是PBGA中最常使用的类型，顶部的引脚可以通过键合和WB技术与裸芯片连接到板，并使用注模（环氧树脂模塑料）来实现整个模具。PBGA的特点有：制作成本低，性价比高，焊球参与再流焊点形成，共面度要求宽松，与环氧树脂基板具有良好的热匹配性，在PCB上组装时具有高质量和良好的性能。1.2.2CBGA陶瓷球栅阵列封装CBGA由裸芯片安装在陶瓷多层板载体的顶部而形成的。气密性高的封装可以提供很好的物理保护能力。CBGA封装结构如图1.2所示。图1.2CBGA封装结构CBGA使用多层的陶瓷线路板，PBGA使用BT树脂玻璃芯多层线路板。CBGA焊球材料，高熔点90Pb10Sn共晶焊料采用盖+玻璃密封，属于密封包装的类别。CBGA的技术特点有：对湿气不敏感，可靠性好、电、热性能优良，与陶瓷基板CTE匹配性好，连接芯片和元件可返修性较好，裸芯片采用FCB技术，互连密度更高，封装成本高，与环氧树脂等基板CTE匹配性差。CBGA的焊接特性：相较于PBGA，CBGA焊接工艺使用熔点高的合金焊球。在焊球可以忍耐的温度下，CBGA焊球不会熔化并充当刚性支撑物。需要印刷在PCB上的焊膏数量大于PBGA的数量，并且形成的焊点形状也与PBGA不一样。[19]CCGA封装结构如图1.3所示，CCGA封装是在CBGA技术上的延伸，这二者的异处是在使用焊料球柱代替焊料球作为互连板时，一旦设备的面积超过32平方毫米，就可以替代CBGA。图1.3CCGA封装结构CCGA的技术特点：CCGA比CBGA器件更可靠，更容易清洗，尤其是对于大型器件，因为它能够承受封装体和PCB基板材料之间的热失配应力。因为CCGA焊柱焊料柱的高度过高，所以今天尚未广泛使用。1.2.3TBGA封装TBGA如图1.4所示图1.4TBGA封装TBGA的优点有：封装体的柔性载带和PCB板的热匹配性好，在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用与焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求，是最经济的球栅阵列封装，散热性能优于PBGA。缺点有：对湿气敏感，不同材料的多级组合对可靠性产生不利的影响[20]。TBGA技术特点有，与环氧树脂PCB基板热匹配性好，最薄型BGA封装形式，有利于芯片薄型化，成本较之CBGA低。1.2.4带散热器的FCBGA-EBGA使用FCB技术可以让FCBGA与主板的互连，与PBGA的不一样的地方是它的裸芯片是向下的（如图1.5所示）。解决了电磁兼容和电磁干扰问题，芯片的背面可直接接触空气，能直接散热。同时也可以在背部加装金属散热片，进一步强化散热性能，提高芯片运行的稳定性。图1.5带散热器的FCBGA-EBGA1.2.5金属基板BGA（MBGA）MBGA分为微型球栅阵列封装和金属球栅阵列封装。金属基板BGA（MBGA）是通过使用表面阳极氧化铝基板，单层或双层薄膜金属来实现封装内互连（如图1.6所示）。图1.6金属基板BGA（MBGA）BGA植球，锡膏和锡球:首先用锡糊在BGA垫上印刷，然后在上面加入一定大小的预制锡球。锡糊状物粘上锡球，加热时使锡球的接触面变大。焊锡膏和锡球：用焊锡膏代替锡球，但锡球在温度高的情况下会变成液状，容易滚动，而且钎焊性变差。BGA的返修，虽然BGA可以发修，但是它的返修成本很高，只有要发修一个焊球有瑕疵，整个封装都要检查。其返修工艺步骤为电路板和芯片预热-去除潮气，拆除芯片-控制温度，清洁焊盘-清除助焊剂、焊锡膏等，涂助焊剂、焊锡膏，贴片、焊接-专门光学对中设备。1.3球栅阵列封装的工序BGA制作工艺流程-MotorolaOMPAC为例如图1.1.1所示：树脂基板及铜箔层;通孔和电镀，用底板双面的面罩制作电路图案，确保焊接区域，芯片粘合硬化，引线接合，注塑成形与材料固化，预制焊锡球嵌入。图1.1.1BGA制作工艺流程BGA安装与焊接：在安装焊接之前，确认BGA焊接球的共面性和有无剥离，粘贴和焊接工艺与目前在其他部件中使用的SMT设备和工艺完全兼容。BGA焊后检测：BGA完成的焊接点在芯片下，特别是在许多焊接点下，难以探测的视觉和传统设备检测，经常使用X光测试，在定位和桥链上有明显的误差。使用光学或激光检测系统来改善焊接点的外观，而视觉测试无法看到，但仍然没有发现结构缺陷[21]。BGA质量检测：BGA的焊接点在芯片下面，特别是在大量焊接点、视觉测试和使用传统检测仪器的情况下，很难进行，因此经常使用X光来确定断裂:明显的分离和桥连接。X射线探测原理:无线电导线在样品中产生X射线辐射，样品不同区域的吸收速度和渗透性取决于其内部成分，通过X射线激发的光子信号分析样品的结构。1.4球栅阵列封装的优缺点球栅阵列封装技术特点有成品率高、可将窄间距QFP焊点失效率降低两个数量级，芯片引脚间距大-贴装工艺和精度，显著增加了引出端子数与本体尺寸比-互连密度高，BGA引脚短-电性能好、牢固-不易变形，焊球有效改善了共面性，有助于改善散热性，适用于平面封装，并且必须实现高密度和高性能的封装。BGA技术通孔技术如图1.4.1所示图1.4.1BGA技术通孔技术优点高密度：BGA封装技术是在制造具有数百个引脚的集成电路时缩小封装的解决方案。针网格阵列(pinnedgridarray)和双线封装(dualin-linepackage)的表面粘贴焊接(小型成型集成电路；small-outlineintegratedcircuit；在生产SOIC封装的时候，必须不断地插入引脚，并且要减少彼此之间的间隙，因此焊接变得困难。随着封装销之间的距离越来越近，焊锡被桥接到相邻的销上的风险也越来越大。BGA封装技术通过在工厂实际焊接，不存在这样的问题。导热性：球栅阵列封装技术优于另外封装技术的（比如包含引脚的技术）原因是球栅阵列封装和PCB板之间的热阻抗偏低。由此，在球栅阵列封装内集成电路产生的热能更容易传递到PCB板，可以防止芯片过热。低电感自旋：较短的导体可减少不需要的电感，并可能导致高速电子设备中出现不需要的信号失真。采用BGA封装技术，壳体与电路板之间的距离非常短，引脚电感低，电子性能优于引脚器件。(2)缺点非延性接点：BGA封装的缺点之一是锡球不像大头针那样伸长，在物理上没有材料的刚性。当PCB底板和BGA封装因热膨胀系数的差而弯曲(热应力)或伸长振动(机械应力)时，所有的表面接合装置都是造成半田裂纹的原因。例如，与含有焊锡的BGA封装相比，在背焊时存在“枕头效应”和“垫裂”的问题。由于ROHS焊锡的低延性，在高温、高热冲击、高g力等严酷环境下，也有可靠性降低的BGA封装。机械应力的问题可以通过一种称为“底部填充”的过程来解决，该过程在粘贴到PCB之后，在其下方注入环氧树脂，从而有效地将BGA设备粘贴到PCB上。在PCB级别上提高封装可靠性的技术包括用于陶瓷BGA(CBGA)的低延展性PCB、封装与PCB基板之间引入的中间板或再封装装置等。难以验证：一旦封口物被定位，就很难发现焊接时的缺陷。为了检查焊接包的底部，开发出了X射线装置、产业用计算机断层摄影装置、特殊显微镜、内窥镜等装置。BGA封装的部分焊接失败的情况下，安装红外线灯(或抽油烟机)的治具。为了吸收及包装的热电偶和真空装置具备了“反向工作站”(通称reworkstation)，可以卸下。BGA封装可以与另一种新的重机器(或称为“硅球”)交换，并重新封装在电路板上。由于将X射线视觉化的BGA检测方式需要费用，所以电路测试法也多采用相反的方法。一般的边界扫描测试方法可以经由接口连接进行测试[22]。电路开发的难度：在开发阶段将BGA装置