BGA元器件及其返修工艺_技术资料-机械专家网-机械行业最具权威的

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　　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（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ 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０．３?５ｐｐｍ，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）
　　ＣＢＧＡ?ｃｅｒａｍｉｃ 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1 PBGA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PBGACBGA
焊锡球成分63Sn/37Pb90Pb/10Sn
焊锡球溶化温度183°C302°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。
　　2.2 BGA元器件的特性
　　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。
　　2.2 BGA元器件的特性
　　我们可以从不同为304管脚的QFP与BGA芯片的比较上看出BGA的优点：
　　我们可以从不同为304管脚的QFP与BGA芯片的比较上看出BGA的优点：
BGAQFP
　　封装尺寸(平方毫米)5251600
　　脚间距(毫米)1.270.5
　　组装损坏率(ppm/管肢)0.6100
　　元件管脚间信号干扰1.0X2.25X

　　概括起来，和ＱＦＰ相比，ＢＧＡ的特性主要有以下几点：

　　１〕Ｉ／Ｏ引线间距大（如１．０，１．２７，１．５毫米），可容纳的Ｉ／Ｏ数目大（如１．２７毫米间距的 ＢＧＡ在２５毫米边长的面积上可容纳３５０个Ｉ／Ｏ? 而０．５毫米间距的ＱＦＰ在４０毫米边长的面积上只容纳 ３０４个Ｉ／Ｏ）。
　　２〕封装可靠性高（不会损坏管脚），焊点缺陷率低（＜１ｐｐｍ／焊点），焊点牢固。
　　３〕ＱＦＰ芯片的对中通常由操作人员用肉眼来观察，当管脚间距小于０．４毫米时，对中与焊接十分困难。而ＢＧＡ芯片的脚间距较大，借助对中放大系统，对中与焊接都不困难。
　　４〕容易对大尺寸电路板加工丝网板。
　　５〕管脚水平面同一性较ＱＦＰ容易保证? 因为焊锡球在溶化以后可以自动补偿芯片与ＰＣＢ之间的平面误差。
　　６〕回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对中效果?允许有５０％的贴片精度误差。
　　７〕有较好的电特性，由于引线短，导线的自感和导线间的互感很低，频率特性好。