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全自动焊锡机封装工艺

编辑:深圳市达泰丰科技有限公司时间:2018-04-04

在当今信息时代,随着电子工业的迅猛发展,计算机、移动电话等产品日益普及。人们 

对电子产品的功能要求越来越多、对性能要求越来越强,而体积要求却越来越小、重量要求 

越来越轻。这就促使电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向发展。为实现这一目 

标,IC 芯片的特征尺寸就要越来越小,复杂程度不断增加,于是,电路的I/O 数就会越来 

越多,封装的I/O 密度就会不断增加。为了适应这一发展要求,一些先进的高密度封装技 

术就应运而生,BGA 封装技术就是其中之一。集成电路的封装发展趋势如图1 所示。从图 

中可以看出,目前BGA 封装技术在小、轻、高性能封装中占据主要地位。 BGA 封装出现 

于90 年代初期,现已发展成为一项成熟的高密度封装技术。在半导体IC 的所有封装类型中, 

1996-2001 年这5 年期间,BGA 封装的增长速度最快。在1999 年,BGA 的产量约为10 亿 

只,在2004 年预计可达36 亿只。但是,到目前为止该技术仅限于高密度、高性能器件的封 

装,而且该技术仍朝着细节距、高I/O 端数方向发展。BGA 封装技术主要适用于PC 芯片 

组、微处理器/控制器、ASIC、门阵、存储器、DSP、PDA、PLD 等器件的封装。 

2 BGA 封装的特点 

BGA(Ball Grid Array)封装,即焊球阵列封装,它是在封装体基板的底部制作阵列焊球 

作为电路的I/O 端与印刷线路板(PCB)互接。采用该项技术封装的器件是一种表面贴装型 

器件。与传统的脚形贴装器件(LeadedDe~ce 如QFP、PLCC 等)相比,BGA 封装器件具有如 

下特点。 1)I/O 数较多。BGA 封装器件的I/O 数主要由封装体的尺寸和焊球节距决定。 

由于BGA 封装的焊料球是以阵列形式排布在封装基片下面,因而可极大地提高器件的I/O 

数,缩小封装体尺寸,节省组装的占位空间。通常,在引线数相同的情况下,封装体尺寸可 

减小30%以上。例如:CBGA-49、BGA-320(节距1.27mm)分别与PLCC-44(节距为1.27mm) 

和MOFP-304(节距为0.8mm)相比,封装体尺寸分别缩小了84%和47%,如图2 所示。 2) 

提高了贴装成品率,潜在地降低了成本。传统的QFP、PLCC 器件的引线脚均匀地分布在封 

装体的四周,其引线脚的节距为1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm。当I 

/O 数越来越多时,其节距就必须越来越小。而当节距<0.4mm 时,SMT 设备的精度就难 

以满足要求。加之引线脚极易变形,从而导致贴装失效率增加。其BGA 器件的焊料球是以 

阵列形式分布在基板的底部的,可排布较多的I/O 数,其标准的焊球节距为1.5mm、 

1.27mm、1.0mm,细节距BGA(印BGA,也称为CSP-BGA,当焊料球的节距<1.0mm 

时,可将其归为CSP 封装)的节距为0.8mm、0.65mm、0.5mm,与现有的SMT 工艺设 

备兼容,其贴装失效率<10ppm。 3)BGA 的阵列焊球与基板的接触面大、短,有利于散热。 

4)全自动焊锡机BGA 阵列焊球的引脚很短,缩短了信号的传输路径,减小了引线电感、电阻,因而可改 

善电路的性能。 5)明显地改善了I/O 端的共面性,极大地减小了组装过程中因共面性差而 

引起的损耗。 6)BGA 适用于MCM 封装,能够实现MCM 的高密度、高性能。 7)BGA 和~ 

BGA 都比细节距的脚形封装的IC 牢固可靠。 

3 BGA 封装的类型、结构 

BGA 的封装类型多种多样,其外形结构为方形或矩形。根据其焊料球的排布方式可分 

为周边型、交错型和全阵列型BGA,如图3 所示:根据其基板的不同,主要分为三类: 

PBGA(PlasticballZddarray 塑料焊球阵列)、CBGA(ceramicballSddarray 陶瓷焊球阵列)、TBGA 

(tape ball grid array 载带型焊球阵列)。 

3.1 PBGA(塑料焊球阵列)封装 

PBGA 封装,它采用BT 树脂/玻璃层压板作为基板,以塑料(环氧模塑混合物)作为密 

封材料,焊球为共晶焊料63Sn37Pb 或准共晶焊料62Sn36Pb2Ag(目前已有部分制造商使用无 

铅焊料),焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料。PBGA 封装的结构示意图如图4。有一 

些PBGA 封装为腔体结构,分为腔体朝上和腔体朝下两种。这种带腔体的PBGA 是为了增 

强其散热性能,称之为热增强型BGA,简称EBGA,有的也称之为CPBGA(腔体塑料焊球 

阵列),其结构示意图如图5。PBGA 封装的优点如下: 1)与PCB 板(印刷线路板-通常为FR-4 

板)的热匹配性好。PBGA 结构中的BT 树脂/玻璃层压板的热膨胀系数(CTE)约为14ppm/ 

℃,PCB 板的约为17ppm/cC,两种材料的CTE 比较接近,因而热匹配性好。 2)在回流焊 

过程中可利用焊球的自对准作用,即熔融焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求。 3) 

成本低。 4)电性能良好。 PBGA 封装的缺点是:对湿气敏感,不适用于有气密性要求和可 

靠性要求高的器件的封装。 

3.2 CBGA(陶瓷焊球阵列)封装 

在BGA 封装系列中,CBGA 的历史最长。它的基板是多层陶瓷,金属盖板用密封焊料 

焊接在基板上,用以保护芯片、引线及焊盘。焊球材料为高温共晶焊料10Sn90Pb,焊球和 

封装体的连接需使用低温共晶焊料63Sn37Pb。其结构示意图如图6,封装体尺寸为10-35mm, 

标准的焊球节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm。 CBGA(陶瓷焊球阵列)封装的优点如下: 

1)气密性好,抗湿气性能高,因而封装组件的长期可靠性高。 2)与PBGA 器件相比,电绝 

缘特性更好。 3)与PBGA 器件相比,封装密度更高。 4)散热性能优于PBGA 结构。 CBGA 

封装的缺点是: 1)由于陶瓷基板和PCB 板的热膨胀系数(CTE)相差较大(A1203 陶瓷基板的 

CTE 约为7ppm/cC,PCB 板的CTE 约为17ppm/笔),因此热匹配性差,焊点疲劳是其主 

要的失效形式。 2)与PBGA 器件相比,封装成本高。 3)在封装体边缘的焊球对准难度增加。 

3.3 CCGA(ceramic column Sddarray)陶瓷柱栅阵列 

CCGA 是CBGA 的改进型。如图7 所示。二者的区别在于:CCGA 采用直径为0.5mm、 

高度为1.25mm~2.2mm 的焊料柱替代CBGA 中的0.87mm 直径的焊料球,以提高其焊 

点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB 板之间的剪切应 

力。 


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