BGA特性及返修工艺介绍

随着电子产品向小型化、便携化、网络化和高性能方向发展，对电路组装技术和I/O引线数提出了更高的要求，芯片体积越来越小，芯片引脚越来越多，给生产和返修带来困难。

　　原来SMT中广泛使用的QFP(四边扁平封装)，封装间距的极限尺寸停留在0.3mm，这种间距引线容易弯曲、变形或折断，相应地对SMT组装工艺、设备精度、焊接材料提出严格的要求，即使如此，组装小间距细引线的QFP，缺陷率仍相当高，最高可达6000ppm，使大范围应用受到制约。近年出现的BGA(Ball Grid Array 球栅阵列封装器件)，由于芯片引脚不是分布在芯片的周围而是在封装的底面，实际是将封装外壳基板原四面引出的引脚变成以面阵布局的pb/sn凸点引脚，这就可以容纳更多的I/O数，且可以较大的引脚间距如1.5、1.27mm代替QFP的0.4、0.3mm，很容易使用SMT与PCB上的布线引脚焊接互连，因此不仅可以使芯片在与QFP相同的封装尺寸下保持更多的封装容量，又使I/O引脚间距较大，从而大大提高了SMT组装的成品率，缺陷率仅为0.3～5ppm，方便了生产和返修，因而BGA封装技术在电子产品生产领域获得了广泛使用。

　　随着引脚数增加，对于精细引脚在装配过程中出现的桥连、漏焊、缺焊等缺陷，利用手工工具很难进行修理，需用专门的返修设备并根据一定的返修工艺来完成。

　　按封装材料的不同，BGA元件主要有以下几种：

　　·PBGA(plastic BGA,塑料封装的BGA);

　　·CBGA(ceramic BGA,陶瓷封装的BGA);

　　·CCBGA(ceramic column BGA,陶瓷柱状封装的BGA);

　　·TBGA(tape BGA, 载带状封装的BGA);

　　·CSP(Chip Scale Package或mBGA)。

　　PBGA是目前使用较多的BGA，它使用63Sn/37Pb成分的焊锡球，焊锡的熔化温度约为183℃。焊锡球在焊接前直径为0.75mm，回流焊以后，焊锡球高度减为0.46～0.41mm。PBGA的优点是成本较低，容易加工;不过应该注意，由于塑料封装，容易吸潮，所以对于普通的元件，在开封后一般应该在8小时内使用，否则由于焊接时的迅速升温，会使芯片内的潮气马上汽化导致芯片损坏，有人称此为“ 苞米花”效应。按照JEDEC的建议，PBGA芯片在拆封后必须使用的期限由芯片的敏感性等级决定。

　　CBGA焊球的成分为90Pb/10Sn(它与PCB连接处的焊锡成分仍为63Sn/37Pb),CBGA的焊锡球高度较PBGA高，因此它的焊锡熔化温度较PBGA高，较PBGA不容易吸潮，且封装更牢靠。CBGA芯片底部焊点直径要比PCB上的焊盘大，拆除CBGA芯片后，焊锡不会粘在PCB的焊盘上。

　　CCBGA焊锡柱直径为0.51mm，柱高度为2.2mm，焊锡柱间距一般为1.27mm，焊锡柱的成分是90Pb/10Sn。

　　TBGA焊锡球直径为0.76mm，球间距为1.27mm。与CBGA相比，TBGA对环境温度要求控制严格，因芯片受热时，热张力集中在4个角，焊接时容易有缺陷。

　　CSP芯片的封装尺寸仅略大于裸芯片尺寸(不超过20%)，这是CSP与BGA的主要区别。CSP较BGA，除了体积小外，还有更短的导电通路、更低的电抗性，更容易达到频率为500～600MHz的范围。

　　我们可以从以下同为304引脚的QFP与BGA芯片的比较看出BGA的优点：

　　概括起来，和QFP相比，BGA的特性主要有：

　　1.I / O引线间距大(如1.0，1.27，1.5mm)，可容纳的I/O数目大(如1.27mm间距的 BGA在25mm边长的面积上可容纳350个I/O, 而0.5mm间距的QFP在40mm边长的面积上只容纳304个I/O)。

　　2.封装可靠性高(不会损坏引脚)，焊点缺陷率低(1ppm/焊点)，焊点牢固。

　　3.QFP芯片的对中通常由操作人员用肉眼来观察，当引脚间距小于0.4mm时，对中与焊接十分困难。而BGA芯片的脚间距较大，借助对中放大系统，对中与焊接都不困难。

　　4.容易对大尺寸电路板加工丝网板。

　　5.引脚水平面同一性较QFP容易保证, 因为焊锡球在熔化以后可以自动补偿芯片与PCB之间的平面误差。

　　6.回流焊时，焊点之间的张力产生良好的自对中效果, 允许有50%的贴片精度误差。

　　7.有较好的电特性，由于引线短，导线的自感和导线间的互感很低，频率特性好。

　　8.能与原有的SMT贴装工艺和设备兼容，原有的丝印机，贴片机和回流焊设备都可使用。

　　当然，BGA也有缺点，主要是芯片焊接后需X射线检验，另外由于引脚呈球状栏栅状排列，需多层电路板布线，使电路板制造成本增加。

　　大多数半导体器件的耐热温度为240～2600℃，对于BGA返修系统来说，加热温度和均匀性的控制非常重要。美国OK集团的热风回流焊接及返修系统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决了这个问题。

　　本文以美国OK集团的热风回流焊接及返修系统BGA-3592-G 为例，简要说明BGA的返修工艺：

电路板、芯片预热的主要目的是将潮气去除，如果电路板和芯片内的潮气