您好,欢迎来到ICGOO,这里是国内领先的电子产业服务平台!

免责申明:本词条由ICGOO所有,如需转载请注明出处,谢谢您的关注!

BGA

BGA

词条创建时间:2021-06-23浏览次数:7191

BGA是球栅阵列结构的简称。是采用有机载板的一种封装法,集成电路(IC)与印制板互联的最普遍的方式之一。

BGA介绍

BGA是球栅阵列结构的简称。是采用有机载板的一种封装法,集成电路(IC)与印制板互联的最普遍的方式之一。

BGA封装技术是从插针网格阵列改良而来,是一种将某个表面以格状排列的方式覆满(或部分覆满)引脚的封装法,在运作时即可将电子讯号从集成电路上传导至其所在的印刷电路板(printed circuit board,以下简称PCB)。

BGA封装能提供比其他如双列直插封装或四侧引脚扁平封装所容纳更多的接脚,整个装置的底部表面可全作为接脚使用,而不是只有周围可使用,比起周围限定的封装类型还能具有更短的平均导线长度,以具备更佳的高速效能。 焊接BGA封装的装置需要精准的控制,且通常是由自动化程序的工厂设备来完成的。BGA封装装置并不适用于插槽固定方式。


BGA分类

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。。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。

1、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。

2、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。

3、“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。

BGA优缺点

BGA优势

高密度

BGA封装技术是在生产具有数百根引脚的集成电路时,针对封装必须缩小的难题所衍生出的解决方案。插针网格阵列(Pinned grid array)和双列直插封装(Dual in-line package)的表面贴焊(小型塑封集成电路; Small-outline integrated circuit; SOIC)封装生产时,由于必须加入越来越多引脚且彼此的间隙必须减少,这样却导致了焊接过程时的困难。当封装引脚彼此越来越近时,焊锡时意外地桥接到相邻的引脚风险就因此增加。BGA封装技术在工厂实作的焊接下,就没有这类的困扰。

导热性

BGA封装技术的另一个优势,胜过分离式引脚(如含针脚的封装技术)的其他封装技术,那就是在封装与PCB间能有较低的热阻抗。这可以让封装内的集成电路产生的热能更容易传导至PCB,避免芯片过热。

低电感引脚

更短的导体也就意味着不必要的电感度能降低,此特性在高速的电子电路中会导致不必要的信号失真。BGA封装技术,在封装与PCB之间的距离非常短,有了低电感引脚,相较于针脚装置能有更优异的电子特性。

BGA缺点

非延展性的接点

BGA封装的其中一个缺点,就是锡球无法像长引脚那样可以伸展,因此他们在物理特性上是不具材料刚度的。所有的表面贴焊装置,因PCB基板和BGA封装在热膨胀系数的差异而弯曲(热应力),或延展并振动(机械应力)下,就可能导致焊点断裂。

热膨胀问题可透过PCB与封装两者相近的热特性配合来解决,通常塑化BGA装置可以比陶瓷BGA装置更接近符合PCB的热特性。

普遍采用的RoHS相容无铅焊料合金产线,更显示出BGA封装所需面临的挑战,例如回焊过程时的“枕头效应”(Head-in-Pillow)、“承垫坑裂”(pad cratering)问题,相较于含铅焊料的BGA封装,由于RoHS相容焊料的低延展性,在高温、高热冲击和高G力等极端环境下,有些BGA封装的可靠度也因此降低。

机械应力问题可透过一种叫做“底部填充”(Underfilling)的手续将装置黏合在板子上,此手续会在装置贴焊到PCB上后,在其下方注射环氧混合物,有效地将BGA装置贴合至PCB上。有数种底部填充材料可供应用,可对应各种不同应用与热传导的需求提供不同的特性。底部填充的另一个好处是,能够限制住锡须的增生。

解决非延展性接点的另一个解决办法,就是将封装内放入一道“延展性涂层”,能允许底部的锡球能按照封装的相对应位置移动实际位置。这个技巧已成了BGA封装DRAM厂的标准之一。

其他在PCB层级上用来增加封装可靠度的技巧,还包括了专为陶瓷BGA(CBGA)使用的低延展性PCB、封装与PCB板之间导入的中介板(interposers),或重新封装装置等。

检验困难

当封装物贴焊至定位后,要找到焊接时的缺陷就变得困难。为了要检测焊接封装的底部,业界均开发了X光机、工业电脑断层扫描机、特殊显微镜、和内视镜等设备来克服这个问题。若一块BGA封装发现是贴焊失败,可以在“返修台”(通称rework station)上移除它,这是一台装有红外线灯(或热风机)的夹具,以及备有热电偶和真空装置以便吸取封装物。BGA封装可以替换另一颗新的、重工(或称“除锡植球”,英文称reballing)并重新安装在电路板上。

由于视觉化X光的BGA检测方式所费不赀,电路测试法反而也经常被采用。常见的边界扫描测试法可透过IEEE 1149.1JTAG接口连接进行测试。

开发电路时的困难

在开发阶段时,就将BGA装置焊接至定点的话其实不切实际,通常反而是先使用插槽,虽然这样比较不稳定。通常有两种常见的插槽:较可靠的类型具有弹簧针脚,可以贴紧下方的锡球,但不允许使用锡球已被移除的BGA装置,因为这样弹簧针脚可能会不够长。

而不可靠的类型是一种叫做“ZIF插槽”(Zero Insertion Force),具有弹簧钳可以抓住锡球。但这个不容易成功,特别是当锡球太小的话。

设备花费

要可靠地焊接BGA装置,需要昂贵的设备。人工焊接的BGA装置非常困难且不可靠,通常只用在少量且小型的装置。然而,由于越来越多的IC只提供在无铅(例如,四侧扁平无铅封装(quad-flat no-leads package))或BGA封装使用,已逐渐发展出各种的DIY法(重工)可使用便宜的加热源,例如热风枪、家用烤箱以及平底电热锅等。



BGA拆卸

1、做好元件保护工作

2、在待拆卸IC上面放入适量的助焊剂,尽量吹入IC底部,这样有助于芯片下的焊点均匀熔化

3、调节风枪的温度和风力,不要吹IC中间,加热时间不能过长

4、bga芯片去邂逅,芯片的焊盘上和机板上都有余锡时应用足量的焊锡膏将其去掉