BGA封装形式对再流焊效果的影响_图文 .pdf

BGA封装形式对再流焊效果的影响 由于BGA具有很多优势，因此在目前电子工业中已被广泛应用。BGA的封装形式有多种，形 成了一个“家族”，它们之间的区别主要在于材料和结构（塑料、陶瓷、引线焊接、载带等） 的不同。本文将就这封装形式对再流焊工艺的影响进行计论。 所有的BGA，无论何种类型， 所利用的都是位于其封装体底部的焊接端子-焊球。再流焊时，在巨大热能的作用下，接球熔化 与基板上的焊盘形成连接。因此，BGA封装材料及在封装中的位置势必会影响焊球的受热，在 有些情况下，即使是很少量的甚至是单独的焊球，其作用也是不容忽视的。为验证这一推论， 我们采用了一结构简单、单加热方向的热源对不同材料的典型的BGA进行加热试验。 此外， 还对不同的BGA封装进行了多种加热曲线试验。作为标准参照，每一种封装都分别在一有标准 的PLCC和SMC的基板上，采用相同的工艺参数进行试验。这些试验所得出的温度曲线可对不 同封装形式BGA的加热特点进行直接的比较。以这些结果为依据，对于每一种BGA，其工艺参 数可进行分别的优化，以得出使用每一形式时所期望的最佳热响应。 引 言 众所周知，BGA正在迅速成为集成电路 （IC）与印制板互联的最普遍的方式之一。BGA最为 引人注意的基本特点是对于IO数量超过200的IO仍可以利用现有的SMT工艺。SMT最基本 组成是再流焊，而现有的再流焊炉也已被证明可用于高可靠BGA封装的焊接。虽然BGA焊接 的时间温度曲线与标准的曲线相同，但在使用时还必须了解这些封装的特殊性能。这一点特别 重要，因为与大多传统的SMT器件不同，BGA的焊点位于器件的下方介于器件体与PCB之间。 因此，结构中的内部材料对接点的影响要比大多数传统封装形式大得多。因为，传统封装形式 的引线沿器件体四周排列，至少可以部分暴露于加热环境中。 BGA的类型 BGA的封装形式有多种，形成了一个（家族），它们不仅在尺寸、与IO数 量上不同，而且其物理结构和封装材料也不同。基于本文宗旨，“形式”一词在此主要特指BGA 的物理结构，包括材料、构造和制造技术。一种特定形式的BGA可以有一定的尺寸范围，但应 采用同样的物理构造和相同的材料。以下将重点分析三种特定的BGA封装，每一种的结构形式 都不同。 塑料BGA 塑料球栅阵列封装 （PBGA）是目前生产中最普遍的BGA封装形式。其吸引人的 优点是： ·玻璃纤维与BT树脂基片，约0.4mm厚 ·芯片直接焊在基片上 ·芯片与基片 间靠导线连接 ·塑料模压可封装芯片、导线连接与基片表面的大部分。·焊球（通常共晶材 料）在基片的底部焊盘焊接。但是，有一个参数不能通用，即塑封相对于基板总面积的面积覆 盖率。对于某些塑封件，模压塑料几乎完全覆盖了整个基板，相反，有些则被严格地限制压在 中央的一个小范围。这也将对焊点的受热产生影响。 陶瓷BGA （CBGA） 对于任一陶瓷IC封装，在陶瓷BGA中最基本的材料是贵金属互联电路 的多层基片。这种封装类型的密封对于透过封装的热传导影响最大。封装“盖”的材料可以有 多种，并且 “盖”的下方通常会有一没有填充物的空间。这一空隙会阻碍封装体下部焊点的受 热。 1 / 1 “增强型”BGA “增强型”BGA是一相对新的名词至今为止尚未有准确的定义。通常“增强” 一词的含义是在结构中增加某种材料以增强其性能。大多数情况下，所加入的材料为金属材料， 功用是改善其正常工作时 IC的散热。这一点很重要，因为 BGA的优势之一是其能为 IC提供大 数量的 IO。由于这种类型的芯片通常会在一个很小的面积上产生在量的热，因此，封装时需有 散热设计。 特殊的增强型封装本文称作“超级 BGA”（SBGA），结构形式是在封装的顶部是 一倒扣的铜质腔体，以增强向周围环境的散热。一薄而软的基片在焊在铜片的底面，作为沿周 边几行焊球附着之焊盘 （即中央无焊球分布，参照 JEDEC）。内导线将基板与芯片相连接，芯 片从底部塑封。 表 1列出了 BGA封装的物理参数。表中 PLCC84用来作为特点与性能的参照 而列入。有趣的是除 IO指标外，PLCC的其它指标均为中间值。 表 1 PLCC PBGA CBGA SBGA IO 84 225