BGA元器件及其返修工藝

BGA元器件及其返修工藝１歸納隨著電子產(chǎn)品向小型化、便攜化、網(wǎng)絡(luò)化和高性能方向的發(fā)展，對電路組裝技術(shù)和Ｉ／Ｏ引線數(shù)提出了更高的要求，芯片的體積越來越小，芯片的管腳越來越多，給生產(chǎn)和返修帶來了困難。原來ＳＭＴ中廣泛使用的ＱＦＰ（四邊扁平封裝），封裝間距的極限尺寸停留在０．３ｍｍ，這種間距其引線簡單波折、變形或折斷，相應(yīng)地對ＳＭＴ組裝工藝、設(shè)備精度、焊接資料提出嚴(yán)格的要求，即使這樣，組裝窄間距細(xì)引線的ＱＦＰ，弊端率仍相當(dāng)高，最高可達(dá)６０００ｐｐｍ，使大范圍應(yīng)用碰到限制。近來幾年出現(xiàn)的ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ球柵陣列封裝器件），由于芯片的管腳不是分布在芯片的周圍而是分布在封裝的底面，實質(zhì)是將封裝外殼基板原周圍引出的引腳變成以面陣布局的ｐｂ／ｓｎ凸點引腳，這就可以容納更多的Ｉ／Ｏ數(shù)，且可以較大的引腳間距如１．５、１．２７ｍｍ代替ＱＦＰ的０．４、０．３ｍｍ，很簡單使用ＳＭＴ與ＰＣＢ上的布線引腳焊接互連，所以不但可以使芯片在與ＱＦＰ相同的封裝尺寸下保持更多的封裝容量，又使Ｉ／Ｏ引腳間距較大，從而大大提高了ＳＭＴ組裝的成品率，弊端率僅為０．３５ｐｐｍ，方便了生產(chǎn)和返修，所以ＢＧＡ元器件在電子產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了廣泛使用。隨著引腳數(shù)增加，對于精巧引腳在裝置過程中出現(xiàn)的橋連、漏焊、缺焊等弊端，利用手工工具很難進(jìn)行維修，需用特地的返修設(shè)備并依照必然的返修工藝來完成。２ＢＧＡ元器件的種類與特點２．１ＢＧＡ元器件的種類按封裝資料的不相同，ＢＧＡ元件主要有以下幾種：ＰＢＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃＢＧＡ塑料封裝的ＢＧＡ）ＣＢＧＡ（ｃｅｒａｍｉｃＢＧＡ陶瓷封裝的ＢＧＡ）ＣＢＧＡｃｅｒａｍｉｃｃｏｌｕｍｎＢＧＡ陶瓷柱狀封裝的ＢＧＡＴＢＧＡ（ｔａｐｅＢＧＡ載帶狀封裝的ＢＧＡ）ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｃａｌｅＰａｃｋａｇｅ或μＢＧＡ）ＰＢＧＡ是目前使用很多的ＢＧＡ，它使用６３Ｓｎ／３７Ｐｂ成分的焊錫球，焊錫的溶化溫度約為１８３°Ｃ。焊錫球直徑在焊接前直徑為０．７５毫米，回流焊今后，焊錫球高度減為０．４６－０．４１毫米。ＰＢＧＡ的優(yōu)點是成本較低，簡單加工，但是應(yīng)該注意，由于塑料封裝，簡單吸潮，所以對于一般的元件，在開封后一般應(yīng)該在８小時內(nèi)使用，否則由于焊接時的迅速升溫，會使芯片內(nèi)的潮氣馬上氣化以致芯片損壞，有人稱此為“苞米花”效應(yīng)。依照ＪＥＤＥＣ的建議，ＰＢＧＡ芯片在拆封后必定使用的限時由芯片的敏感性等級決定（見表１）：表1PBGA芯片拆封后必定使用的限時敏感性等級芯片拆封后置放環(huán)境條件拆封后必定使用的限時1級=<30C,<90%RH無量制2級=<30C,<60%RH1年3級=<30C,<60%RH168小時4級=<30C,<60%RH72小時5級=<30C,<60%RH24小時ＣＢＧＡ焊球的成分為９０Ｐｂ／１０Ｓｎ它與ＰＣＢ連接處的焊錫成分仍為６３Ｓｎ／３７ＰｂＣＢＧＡ的焊錫球高度較ＰＢＧＡ高，所以它的焊錫溶化溫度較ＰＢＧＡ高，較ＰＢＧＡ不簡單吸潮，且封裝的更牢靠。ＣＢＧＡ芯片底部焊點直徑要比ＰＣＢ上的焊盤大，拆掉ＣＢＧＡ芯片后，焊錫不會粘在ＰＣＢ的焊盤上，見表２。表2PBGA與CBGA焊接錫球的差異特點PBGACBGA焊錫球成分63Sn/37Pb90Pb/10Sn焊錫球溶化溫度183°C302°C溶化前焊錫球直徑0.75毫米0.88毫米溶化后焊錫球直徑毫米0.88毫米ＣＣＢＧＡ的焊錫柱直徑為０．５１毫米，柱高度為２．２毫米，焊錫柱間距一般為１．２７毫米，焊錫柱的成分是９０Ｐｂ／１０Ｓｎ。ＴＢＧＡ的焊錫球直徑為０．７６毫米，球間距為１．２７毫米。與ＣＢＧＡ對照，ＴＢＧＡ對環(huán)境溫度要求控制嚴(yán)格，因芯片受熱時，熱張力集中在４個角，焊接時簡單出弊端。ＣＳＰ芯片的封裝尺寸僅略大于裸芯片尺寸不高出２０％，這是ＣＳＰ與ＢＧＡ的主要差異。ＣＳＰ較ＢＧＡ，除了體積小之外，還有更短的導(dǎo)電通路、更低的電抗性，更簡單達(dá)到頻率為５００ＭＨｚ－６００ＭＨｚ的范圍。2.2BGA元器件的特點我們可以從不相同為304管腳的QFP與BGA芯片的比較上看出BGA的優(yōu)點：BGAQFP封裝尺寸(平方毫米)5251600腳間距(毫米組裝損壞率(ppm/管肢)0.6100元件管腳間信號攪亂歸納起來，和ＱＦＰ對照，ＢＧＡ的特點主要有以下幾點：１〕Ｉ／Ｏ引線間距大（如１．０，１．２７，１．５毫米），可容納的Ｉ／Ｏ數(shù)目大（如１．２７毫米間距的ＢＧＡ在２５毫米邊長的面積上可容納３５０個Ｉ／Ｏ而０．５毫米間距的ＱＦＰ在４０毫米邊長的面積上只容納３０４個Ｉ／Ｏ）。２〕封裝可靠性高（不會損壞管腳），焊點弊端率低（＜１ｐｐｍ／焊點），焊點牢固。３〕ＱＦＰ芯片的對中平時由操作人員用肉眼來觀察，當(dāng)管腳間距小于０．４毫米時，對中與焊接十分困難。而ＢＧＡ芯片的腳間距較大，借助對中放大系統(tǒng)，對中與焊接都不困難。４〕簡單對大尺寸電路板加工絲網(wǎng)板。５〕管腳水平面同一性較ＱＦＰ簡單保證由于焊錫球在溶化今后可以自動補(bǔ)償芯片與ＰＣＢ之間的平面誤差。６〕回流焊時，焊點之間的張力產(chǎn)生優(yōu)異的自對中收效贊同有５０％的貼片精度誤差。７〕有較好的電特點，由于引線短，導(dǎo)線的自感和導(dǎo)線間的互感很低，頻率特點好。８〕能與原有的ＳＭＴ貼裝工藝和設(shè)備兼容，原有的絲印機(jī)，貼片機(jī)和回流焊設(shè)備都可使用自然，ＢＧＡ也有弊端，主若是芯片焊接后需Ｘ射線檢驗，別的由于管腳呈球狀欄柵狀排列，需多層電路板布線，使電路板制造成本增加。３ＢＧＡ返修工藝大多數(shù)半導(dǎo)體器件的耐熱溫度為２４０２６００Ｃ，對于ＢＧＡ返修系統(tǒng)來說，加熱溫度和均勻性的控制顯得特別重要。美國ＯＫ企業(yè)的熱風(fēng)