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BGA封裝設計與常見缺陷

admin @ 2014-03-17 , reply:0

概述

  正確設計BGA封裝  球柵數組封裝(BGA)正在成為一種標準的封裝形式。人們已經看到,採用0.05至0.06英寸間距的BGA,效果顯著。封裝發展的下一步很可能是晶元級封裝(CS……

   正確設計BGA封裝

  球柵數組封裝(BGA)正在成為一種標準的封裝形式。人們已經看到,採用0.05至0.06英寸間距的BGA,效果顯著。封裝發展的下一步很可能是晶元級封裝(CSP),這種封裝外形更小,更易於加工。

  BGA設計規則

  凸點塌落技術,即迴流焊時錫鉛球端點下沈到基板上形成焊點,可追溯到70年代中期。但直到現在,它才開始快速發展。目前,Motorola、IBM、Citizen、ASAT、LSI Logic、Hestia和Amkor等公司,除了在自己的產品中使用這種封裝,還提供BGA商品。

  BGA的另一個主要優勢是成品率高。Motorola和Compaq等用戶聲稱,在其包含160至225條I/O引線的0.05英寸間距封裝中,沒有缺陷產生。而其它的全自動工廠中,具有相同I/O引線數的細間距器件的失效率為500或1000PPM。目前正在進一步開發具有400到700條I/O引線的BGA封裝,日本甚至報道了1000條I/O引線BGA封裝的研髮結果。目前,標準還沒有完全制定好,JEDEC文件僅對1mm、1.27mm和1.5mm間距作了基本規疾。基體的尺寸範圍為7至50mm,共面性小於200μm。

  BGA的局限性

  許多用戶抱怨BGA焊點可視性差。很明顯,BGA的焊點不能藉由肉眼檢測。實際上,由於零配件引線數不斷增加,任何現代電子組裝製程都會出現這種情況。採用低成本的X射線裝置,以及良好的設計規則,可以進行相對簡單的檢測。

  現在的布線設計(footprint)包括印製導線組合、通孔和0.02英寸的圓形表面焊盤。器件上焊球的大小必然會影響焊盤尺寸。最初,一些工程師在焊盤表面貼上阻焊膜,以此減小迴流焊期間器件的移動和焊膏的流動。採用這種方法,在加熱過程中焊點容易開裂,因此不可取。

  如果銅焊盤與阻焊膜塗層之間為標準間隙,則應採用標準阻焊膜設計規則。需要時,這種簡單的布局允許在印製板兩個表面走線。甚至間距為1或1.27mm的、I/O數較多的器件,焊球之間都會出現走線問題。選擇間距較小,但中心“空白”(即無焊球)的器件,可克服這種問題。中心空白的BGA外邊緣可能只有四列焊球,減少了走線問題。

  通孔貼裝

  一些公司使用傳統的通孔,作為陶瓷BGA和更常用的塑料器件的貼裝焊盤。這時,通孔成了貼裝焊盤和穿過印製板的互連體。這對於迴流焊設計是理想的,但對波峰焊產品卻不然。切記:波峰焊作業會引起印製板頂部BGA的二次迴流。

  藉由與所選測試焊盤相連的通孔的頂部,可對印製板的底部填充物進行測試。一些情況下,零配件製造商在BGA封裝基板的頂部設置測試點,以便對封裝表面直接進行探測。如果在組裝作業中使用通孔貼裝,藉由直接探測通孔即可進行測試。

  謹防翹曲

  在迴流焊期間,較大的塑料封裝可能會產生翹曲。一些情況下,會看到覆層(over-moldingcompound)和基板產生了翹曲,這會導致外部連接點與焊盤的接觸減至最小。一些工程師指出,小片(die)和玻璃環氧樹脂基板均會產生翹曲。藉由改進零配件的球形端點的布局,並限制所用小片的尺寸,可在一定程度上克服這種問題。如果使用焊膏,而不只是助焊劑迴流製程,發生這種特殊故障的可能性就會減少,這是因為焊膏對共面性的要求較低。

  對於傳統的玻璃/環氧樹脂基板,使用無引線塑料BGA,就不會產生焊接故障。因為零配件基體也是由相似的環氧樹脂製成的,並且熱膨脹係數與大多數應用相匹配。在一些專門應用中,器件轉角處的焊點會出現裂縫,這可能是因為此處產生了應力。

  對於塑料BGA器件,則可能出現“爆米花”式的裂縫。因為在迴流焊期間,潮氣會在零配件內部擴張。此時,基板和覆層之間的器件邊緣就會出現裂縫。如果在返修期間出現這種現象,就會聽到器件發出“劈、啪”的爆裂聲,因此稱為“爆米花”。所以,必須選擇適當的防潮封裝,以減少爆裂的可能性。

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