bga封裝技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)

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1、BGA封裝技術(shù)焊接及空洞問(wèn)題（桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣西桂林541000）摘要：簡(jiǎn)述了電子封裝的類型，綜述球柵陣列封裝(BGA，ballgridarray)的概念、性能和優(yōu)缺點(diǎn)。指出了球柵陣列的有鉛焊無(wú)鉛工藝，并分析焊點(diǎn)空洞出現(xiàn)問(wèn)題，指出空洞的解決辦法。關(guān)鍵詞：電子封裝，球柵陣列封裝(BGA），發(fā)展趨勢(shì)中圖分類號(hào)：TN4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-3973（2013）0000-00-001電子封裝的類型電子封裝是指對(duì)電路芯片進(jìn)行包裝，保護(hù)電路芯片，使其免受外界環(huán)境的影響的封裝。依據(jù)成型工藝來(lái)劃分，電子封裝劃分為預(yù)成型封裝(pre-mold)和后成

2、型封裝(post-mold)。依據(jù)使用的封裝裝材料來(lái)劃分，電子封裝分為金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝。依據(jù)封裝外型來(lái)劃分，劃分為單列直插式封裝(SIP，singlein-linepackage)、雙列直插式封裝(DIP，dualin-linepackage)、有引線塑料芯片載體(PLCC，plastic-leadedchipcarrier)、塑料四方型扁平封裝(PQFP，plasticquadflatpackage)、小外形封裝(SOP，small-outlinepackage)、薄小外形封裝(TSOP，thinsmall-outlinepackage)、塑料針

3、柵陣列(PPGA，plasticpingridarray)、球柵陣列(BGA，ballgridarray)、芯片級(jí)封裝（CSP,chipscalepackage)等。如果按第一級(jí)與第二級(jí)連接方式來(lái)劃分，就劃分為插孔式(或通孔式)(PTH，pinthrough-hole)和表面貼裝式SMT(surface-mount-technology)[1]。2BGA器件BGA的出現(xiàn)促進(jìn)了SMT的發(fā)展和革新,球柵陣列封裝BGA是20世紀(jì)90年代開(kāi)始應(yīng)用，現(xiàn)主要應(yīng)用于高端器件的封裝，發(fā)展空間還相當(dāng)大。BGA封裝技術(shù)是在模塊底部或上表面焊有按陣列形式分布的許多球狀凸點(diǎn)，通過(guò)焊料

4、凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)封裝體與基板之間互連的一種封裝技術(shù)。2.1　BGA器件的種類按封裝材料的不同,BGA器件主要有以下幾種:PBGA(塑料封裝的BGA)、CBGA(陶瓷封裝的BGA)、CCGA(陶瓷柱裝封裝的一種廣義BGA)、TB-GA(載帶狀封裝的BGA)和CSP，PBGA是目前使用較多的BGA。2.2　BGA器件的特性分析BGA器件主要有以下特性:(1)I/O引線間距大,相同面積可容納的I/O數(shù)目多;(2)封裝可靠性高,焊點(diǎn)缺陷率低,焊點(diǎn)牢靠;(3)QFP芯片的隊(duì)位通常由操作人員用肉眼來(lái)觀察,對(duì)位與焊接較困難。而B(niǎo)GA芯片的腳間距較大,借助對(duì)位放大系統(tǒng),對(duì)位與焊接較容

5、易;(4)容易對(duì)大面積電路板進(jìn)行絲網(wǎng)印刷;(5)BGA管腳牢靠,平面性較QFP容易保證,因?yàn)楹稿a球在熔化以后可以自動(dòng)補(bǔ)償芯片與PCB之間的平面誤差;(6)焊接時(shí),焊點(diǎn)之間的張力產(chǎn)生良好的自對(duì)位效果,允許有50%的貼片精度誤差;(7)有較好的電特性,由于管腳短,導(dǎo)線的自感和導(dǎo)線之間的互感低,頻率特性好;(8)BGA球柵陣列有利于散熱。當(dāng)然,BGA也有缺點(diǎn),主要是檢測(cè)焊點(diǎn)焊接質(zhì)量較為困難[2]。2.3新型BGA封裝結(jié)構(gòu)2.3.1熱增強(qiáng)型BGA隨著電子封裝向高密度，薄型化的方向發(fā)展，封裝的尺寸越來(lái)越小，器件的功率越來(lái)越大，對(duì)芯片的熱可靠性提出了更高的要求，為減小熱阻

6、，提高熱性能，產(chǎn)生了多種熱增強(qiáng)型BGA，其主要特點(diǎn)是在BGA封裝的底部中間位置(芯片)加有一個(gè)散熱的銅塊或銅片，增加熱傳導(dǎo)能力，主要用于高功耗器件的封裝。其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1帶散熱塊型BGA結(jié)構(gòu)示意圖研究表明，芯片粘接材料及散熱塊粘接材料對(duì)其焊點(diǎn)可靠性的影響均較小，其熱疲勞壽命與封裝的翹曲度成正比，減小封裝的翹曲度能有效地提高焊點(diǎn)可靠性，帶散熱片型BGA具有良好的熱傳導(dǎo)性，焊點(diǎn)的疲勞壽命最長(zhǎng)。2.3.2具有嵌入式芯片的系統(tǒng)封裝型BGA近年來(lái)，小型化和多功能化成為電子設(shè)計(jì)的主要趨勢(shì)，為了滿足這些趨勢(shì)，出現(xiàn)了具有嵌入式芯片的系統(tǒng)封裝型BGA，對(duì)于其焊點(diǎn)可靠性

7、的研究仍然比較少。其封裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示[3]。圖2具有嵌入式芯片的系統(tǒng)封裝型BGA結(jié)構(gòu)示意圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)與有限元分析結(jié)合的方法對(duì)該種封裝與傳統(tǒng)BGA封裝在相同溫度循環(huán)條件下進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)嵌入式芯片改變了最大蠕變應(yīng)變的位置，將最大蠕變應(yīng)變值位置有傳統(tǒng)的邊緣區(qū)域焊球轉(zhuǎn)移到中心區(qū)域焊球，但是并未改變其最大蠕變應(yīng)變值，而該值主要受到基板填充材料的影響。3無(wú)鉛BGA焊接工藝3.1焊接工藝方法焊接無(wú)鉛BGA器件主要有三種工藝方法:(1)用無(wú)鉛焊接工藝進(jìn)行焊接;(2)重新植球有鉛化后采用有鉛焊接工藝進(jìn)行焊接;(3)直接采用有鉛焊料進(jìn)行焊接(以下簡(jiǎn)稱有鉛焊無(wú)鉛工藝)。方法(

8、1)由于無(wú)鉛焊接溫度較高，整板焊接時(shí)還