.SMT■BGA技術(shù)成為現(xiàn)代組裝技術(shù)的主流表面(烽火通信科技股份有限公司430074) 鮮飛摘要簡要介紹了BCA的概念、分類、發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用情況等. BGA是現(xiàn)代組裝技術(shù)的新概念，它的出現(xiàn)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(shù)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(jì)90年代隨著集成技術(shù)的進(jìn)步、設(shè)備的已。BGA一出現(xiàn)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(xiàn)，硅單芯片集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴(yán)格，I/0引腳數(shù)急劇增加，功耗也隨之增大。為滿足發(fā)展的需要，在原有封裝品種基礎(chǔ)上，又增添了新的品種一球柵陣列封裝， 簡稱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，引線間距大，引線長度短，這樣BGA消除了精細(xì)間距圖1采用BGA封裝的GeForce FX圖形芯片器件中由于引線而引起的共面度和翹曲的問題。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(shù)和間距，消除QFP(1 ) I/O引腳數(shù)雖然增多,但引腳間距遠(yuǎn)大于技術(shù)的高1/0數(shù)帶來的生產(chǎn)成本和可靠性問題。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(xiàn)了當(dāng)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個焊腳的人都會驚嘆不電熱性能;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(xiàn)象的產(chǎn)生，以及解決設(shè)計(jì)到較大芯片尺寸的可以上;靠性的問題。這些挑戰(zhàn)在具有大量1/0封裝器件身(4 )寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用上的程度更加嚴(yán)重。在裝配好了以后關(guān)于焊點(diǎn)的表頻率大大提高;可靠性涉及到的問題很少，這是因?yàn)楹徒^大多數(shù)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)期間沒有失效1BGA技術(shù)簡介機(jī)理存在。另外增加的一項(xiàng)挑戰(zhàn)是要求降低BGA的結(jié)構(gòu)可按引出焊點(diǎn)形狀分為兩類:球PBGA封裝的成本價格。經(jīng)過種種努力，它們將會形焊點(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價比的替換QFP器件的手段，甚列(plastic ball grid array,簡稱PBGA)、陶瓷球柵陣至在I/O數(shù)量少于200時也是如此。列(ceramic ball grid array,簡稱CBGA)、載帶球柵1.2陶瓷球 柵陣列(CBGA)陣列( tape ball grid array, 簡稱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,簡稱CCGA )。下面將分別對這些封裝形式用以保護(hù)芯片、引線及焊盤。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(biāo)PBGA是最常用的BGA封裝形式。PBGA封準(zhǔn)的焊球間距為1.27mm、1.0mm。裝采用BT樹脂/玻璃層壓板作為基板，以塑料CBGA器件能夠使用標(biāo)準(zhǔn)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鉛焊料)，焊球和然而，這不過是焊球結(jié)構(gòu)變化的結(jié)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時發(fā)生熔化現(xiàn)這些組件可以通過使用標(biāo)準(zhǔn)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)合金焊膏可以通過模板時發(fā)生熔化現(xiàn)象。--般標(biāo)準(zhǔn)的表面貼裝再流焊接印刷到PCB的焊盤上面。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”。流焊接期間，焊料填充在焊球的周圍，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-一個剛性支座。因?yàn)槭窃趦蓚€不同的(1)制造商完全可以利用現(xiàn)有的裝配技術(shù)和Pb/Sn焊料結(jié)構(gòu)之間形成互連，在焊膏和焊球之間廉價的材料，從而確保整個封裝器件具有較低廉的界面實(shí)際上不復(fù)存在，所形成的擴(kuò)散區(qū)域具有的價格。從90Pb/l0Sn到37Pb/63Sn光滑斜度。(2)與PCB板(印刷線路板，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(jī)構(gòu)中的BT樹脂/玻板和陶瓷封裝之間存在有熱膨脹系數(shù)不匹配的問璃層壓熱膨脹系數(shù)(thermal coefficient o題，這類問題會在熱循環(huán)期間，造成較大封裝器expansion，簡稱TCE)約為14 x 10-*/C,PCB 板件焊點(diǎn)失效的現(xiàn)象。通過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(dá)32mm2因而熱匹配性好。的區(qū)域，承受業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的熱循環(huán)測試標(biāo)準(zhǔn)的考(3)在再流焊過程中可利用焊球的自對準(zhǔn)作核。當(dāng)焊球的間距為1.27 mm ( 50mils)時，I/0 引54用，即熔融焊球的表面張力來達(dá)到焊球與焊盤的腳數(shù)量限定值為625個。當(dāng)陶瓷封裝體的尺寸大對準(zhǔn)要求。中國煤化工它可以替換的方式。采用PBGA技術(shù)所應(yīng)面對的挑戰(zhàn)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?jié)駳庑阅芨撸蚨庋b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期可靠性高;技術(shù)，因?yàn)樾录夹g(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(qū)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(jié)構(gòu)更能緩解置非常昂貴，而且要達(dá)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(yīng)力。CCGA器件圓柱的直徑尺寸為0.508 mm(2) BGA可靠性問題。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(yīng)用于尺寸更大的封裝和更多的1/0,而且耐高溫1力開裂”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,可靠性問題更為嚴(yán)重。其I/O數(shù)達(dá)到1089。再流焊時，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(jié)隱藏在封裝之下，所以需要使用專門的返修工構(gòu)。陶瓷基板有-一個優(yōu)點(diǎn)是如果元件必須從PCB具。從1996年開始，美國幾家公司開始向中國市板上取下或更換時，這些封裝上的焊料可以重新場推出BGA返修設(shè)備。球化或柱化，不必?fù)?dān)心返修會對昂貴的元件造成(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?shù)炔季€技1.4載帶球柵陣列(TBGA)術(shù)必然要采用多層PCB技術(shù)，無疑會增加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(jié)合。TBGA是由連接至銅/聚酰3應(yīng)用前景展望亞胺柔性電路或者說具有兩層金屬層的載帶以及BGA技術(shù)經(jīng)過十多年的發(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 )公司開始著地面，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。引線鍵合、再流焊接、或者說熱壓/超康柏等公司也隨即加入到開發(fā)BGA的行列。1993聲波內(nèi)部引線連接等方法可以用來將芯片與銅線年，摩托羅拉率先將BGA應(yīng)用于移動電話。同年,相連接。當(dāng)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(yīng)用。直到以提供有效的防護(hù)。焊球通過類似于引線鍵合的七八年前，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地連騰II、奔騰IV等)，以及芯片組(如i815、i845 等)接到銅線的另外- -端。TBGA使用90Pb/10Sn的合中開始使用BGA,這對BGA應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)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)，其全球市場規(guī)模在2001年為12億積小、重量輕、電性能好和極長的熱循環(huán)壽命等塊，預(yù)計(jì)2005年市場需求將比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，成為現(xiàn)代組裝技術(shù)的主流。兩面分別是0.0127 mm~0.0381 mm的銅導(dǎo)體，中參考文獻(xiàn)間是0.5 mm厚的介質(zhì)。由于這種基材本身具有柔[]禹勝林，王聽岳，崔殿亨.球柵陣列( BGA )封裝元件軟的特性而且它同標(biāo)準(zhǔn)PCB材料的TCE匹配相當(dāng)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。[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(zhàn)2000(1): 17~195BGA技術(shù)的出現(xiàn)是IC從四邊引線封裝到陣列[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(xiàn)了器件更小，引線更[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... ... ..: