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                      深圳市芯片拆板植球測試一條龍服務

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                      BGA封裝元件有哪幾種?BGA封裝BGA返修工藝有哪幾個重要問題?

                      時間:2021-03-30| 作者:admin


                            隨著電子產品向小型化、便攜化、網絡化和高性能方向發展,對電路組裝技術和I/O引線數提出了更高的要求,芯片體積越來越小,芯片引腳越來越多,給生產和芯片返修帶來困難。

                             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,這種間距引線容易彎曲、變形或折斷,相應地對SMT組裝工藝、設備精度、焊接材料提出嚴格的要求,即使如此,組裝小間距細引線的QFP,缺陷率仍相當高,最高可達6000ppm,使大范圍應用受到制約。近年出現的BGA(Ball Grid Array 球柵陣列封裝器件),由于芯片引腳不是分布在芯片的周圍而是在封裝的底面,實際是將封裝外殼基板原四面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,且可以較大的引腳間距如1.5、1.27mm代替QFP的0.4、0.3mm,很容易使用SMT與PCB上的布線引腳BGA焊接互連,因此不僅可以使芯片在與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,缺陷率僅為0.3~5ppm,方便了生產和芯片返修,因而BGA封裝技術在電子產品生產領域獲得了廣泛使用。


                             隨著引腳數增加,對于精細引腳在裝配過程中出現的橋連、漏焊、缺焊等缺陷,利用手工工具很難進行修理,拆芯片廠家需用專門的芯片返修設備并根據一定的返修工藝來完成。

                      按封裝材料的不同,BGA元件主要有以下幾種:

                      ·PBGA(plastic BGA,塑料封裝的BGA);

                      ·CBGA(ceramic BGA,陶瓷封裝的BGA);

                      ·CCBGA(ceramic column BGA,陶瓷柱狀封裝的BGA);

                      ·TBGA(tape BGA, 載帶狀封裝的BGA);

                      ·CSP(Chip Scale Package或mBGA)。

                             PBGA是目前使用較多的BGA,它使用63Sn/37Pb成分的焊錫球,焊錫的熔化溫度約為183℃。焊錫球在焊接前直徑為0.75mm,回流焊以后,焊錫球高度減為0.46~0.41mm。PBGA的優點是成本較低,容易加工;不過應該注意,由于塑料封裝,容易吸潮,所以對于普通的元件,在開封后一般應該在8小時內使用,否則由于焊接時的迅速升溫,會使芯片內的潮氣馬上汽化導致芯片損壞,有人稱此為“ 苞米花”效應。按照JEDEC的建議,PBGA芯片在拆封后必須使用的期限由芯片的敏感性等級決定。

                             CBGA焊球的成分為90Pb/10Sn(它與PCB連接處的焊錫成分仍為63Sn/37Pb),CBGA的焊錫球高度較PBGA高,因此它的焊錫熔化溫度較PBGA高,較PBGA不容易吸潮,且封裝更牢靠。CBGA芯片底部焊點直徑要比PCB上的焊盤大,拆除CBGA芯片后,焊錫不會粘在PCB的焊盤上。

                             CCBGA焊錫柱直徑為0.51mm,柱高度為2.2mm,焊錫柱間距一般為1.27mm,焊錫柱的成分是90Pb/10Sn。

                             TBGA焊錫球直徑為0.76mm,球間距為1.27mm。與CBGA相比,TBGA對環境溫度要求控制嚴格,因芯片受熱時,熱張力集中在4個角,焊接時容易有缺陷。

                             CSP芯片的封裝尺寸僅略大于裸芯片尺寸(不超過20%),這是CSP與BGA的主要區別。CSP較BGA,除了體積小外,還有更短的導電通路、更低的電抗性,更容易達到頻率為500~600MHz的范圍。

                             我們可以從以下同為304引腳的QFP與BGA芯片的比較看出BGA的優點:

                             概括起來,和QFP相比,BGA的特性主要有:

                      1.I / O引線間距大(如1.0,1.27,1.5mm),可容納的I/O數目大(如1.27mm間距的 BGA在25mm邊長的面積上可容納350個I/O, 而0.5mm間距的QFP在40mm邊長的面積上只容納304個I/O)。

                      2.封裝可靠性高(不會損壞引腳),BGA植球優勢高,焊點缺陷率低(《1ppm/焊點),焊點牢固。

                      3.從IC整腳來看,QFP芯片的對中通常由操作人員用肉眼來觀察,當引腳間距小于0.4mm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,對中與焊接都不困難。

                      4.容易對大尺寸電路板加工絲網板。

                      5.引腳水平面同一性較QFP容易保證, 因為焊錫球在熔化以后可以自動補償芯片與PCB之間的平面誤差。

                      6.回流焊時,焊點之間的張力產生良好的自對中效果, 允許有50%的貼片精度誤差。

                      7.有較好的電特性,由于引線短,導線的自感和導線間的互感很低,頻率特性好。

                      8.能與原有的SMT貼裝工藝和設備兼容,原有的絲印機,貼片機和回流焊設備都可使用。

                            當然,BGA也有缺點,主要是芯片焊接后需X射線檢驗,另外由于引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。

                            大多數半導體器件的耐熱溫度為240~2600℃,對于BGA返修系統來說,加熱溫度和均勻性的控制非常重要。美國OK集團的熱風回流焊接及返修系統BGA-3592-G/CSP-3502-G和日本M.S.Engineering Co.,Ltd.的MS系列返修工作站很好的解決了這個問題。BGA返修過程中,一定要選擇好專業的廠家,一流的返修工藝。

                            本文以美國OK集團的熱風回流焊接及返修系統BGA-3592-G 為例,簡要說明BGA的返修工藝:

                            電路板、芯片預熱的主要目的是將潮氣去除,如果電路板和芯片內的潮氣很?。ㄈ缧酒瑒偛鸱猓?,這一步可以免除。

                            拆除的芯片如果不打算重新使用,而且PCB可承受高溫,拆除芯片可采用較高的溫度(較短的加熱周期)。

                            清潔焊盤主要是將拆除芯片后留在PCB表面的助焊劑、焊錫膏清理掉,必須使用符合要求的清洗劑。為了保證BGA焊接可靠性,一般不能使用焊盤上舊的殘留焊錫膏,必須除掉,除非芯片上重新形成BGA焊錫球。由于BGA芯片體積小,特別是CSP或mBGA,芯片體積更小,清潔焊盤比較困難,所以在返修CSP芯片時,如果CSP周圍空間很小,就需使用免清洗焊劑。

                             在PCB上涂焊錫膏對于BGA的返修結果有重要影響。通過選用與芯片相符的模板,可以很方便地將焊錫膏涂在電路板上。用OK集團的BGA-3592-G設備微型光學對中系統可以方便地檢驗焊錫膏是否涂勻。處理CSP芯片,有3種焊錫膏可以選擇:RMA焊錫膏,非清洗焊錫膏,水劑焊錫膏。使用RMA焊錫膏,回流時間可略長些,使用非清洗焊錫膏,回流溫度應選的低些。

                             貼片的主要目的是使BGA芯片上的每一個焊錫球與PCB上每一個對應的焊點對正。由于BGA芯片BGA植球的焊點位于肉眼不能觀測到的部位,所以必須使用專門設備來對中。BGA-3592-G可進行精確的對中。

                             熱風回流焊是整個返修工藝的關鍵。其中有幾個問題比較重要:

                      1、芯片返修回流焊的曲線應當與芯片的原始焊接曲線接近,熱風回流焊曲線可分成四個區間:預熱區,加熱區,回流區,冷卻區,四個區間的溫度、時間參數可以分別設定,通過與計算機連接,可以將這些程序存儲和隨時調用。

                      2、在回流焊過程中要正確選擇各區的加熱溫度和時間,同時應注意升溫速度。一般在100℃以前,最大升溫速度不超過6 ℃/s,100℃以后最大升溫速度不超過3℃ /s,在冷卻區,最大冷卻速度不超過6℃/s。因為過高的升溫速度和降溫速度都可能損壞PCB和芯片,這種損壞有時是肉眼不能觀察到的。不同的芯片,不同的焊錫膏,應選擇不同的加熱溫度和時間。如CBGA芯片的回流溫度應高于PBGA的回流溫度,90Pb/10Sn應較63Sn/37Pb焊錫膏選用更高的回流溫度。對免洗焊膏,其活性低于非免洗焊膏,因此,焊接溫度不宜過高,焊接時間不宜過長,以防止焊錫顆粒的氧化。

                      3、熱風回流焊中,PCB板的底部必須能夠加熱。加熱有兩個目的:避免由于PCB板單面受熱而產生翹曲和變形;使焊錫膏溶化時間縮短。對大尺寸板返修BGA,底部加熱尤其重要。BGA-3592-G返修設備的底部加熱方式有兩種,一種是熱風加熱,一種是紅外加熱。熱風加熱的優點是加熱均勻,一般返修工藝建議采用這種加熱。紅外加熱的缺點是PCB受熱不均勻。

                      4、要選擇好的熱風回流噴嘴。熱風回流噴嘴屬于非接觸式加熱,加熱時依靠高溫空氣流使BGA芯片上各焊點的焊錫同時溶化。美國OK集團首先發明這種噴嘴,它將BGA元件密封,保證在整個回流過程中有穩定的溫度環境,同時可保護相鄰元件不被對流熱空氣加熱損壞(如圖1所示)。

                              在電子產品尤其是電腦與通信類電子產品的生產領域,半導體器件向微小型化、多功能化、綠色化發展,各種封裝技術不斷涌現,BGA/CSP是當今封裝技術的主流。其優勢在于進一步縮小半導體器件的封裝尺寸,因而提高了高密度貼裝技術水平,十分適合電子產品輕、薄、短、小及功能多樣化的發展方向。

                             為滿足迅速增長的對BGA封裝技術電路板組裝需求和生產者對絲網印刷、對中貼片和焊接過程控制精度的要求,提高BGA組裝BGA焊接及BGA返修質量,需選擇擁有更安全、更快、更便捷的組裝與返修設備及工藝的芯片返修廠家。

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