楊建生(天水華天微電子有限公司)

摘 要：本丈主要敘述了兩種BGA封裝(BGA—P 225個管腳和BGA—T 426個管腳)的安裝技術及可靠性方面的評定。

關鍵詞：BGA—P封裝 BGA—T封裝 安裝方法

1 引言

為了獲得BGA與PCB之間良好的連接，找到一個不產生翹曲的解決辦法是必要的。為了適應當代更小、密度更高的IC技術的發(fā)展趨勢，作為新的IC封裝技術形式的球柵陣列封裝BGA是人們關注的焦點。然而，BGA封裝技術的很多方面，諸如安裝條件，還沒有弄清楚。近年來，工程師們測試了兩種規(guī)格的BGA封裝(BGA—P225個管腳和BGA—T426個管腳)，并確定哪一種安裝策略提高了封裝效率和封裝可靠性。

在實際使用中，BGA—P封裝易于發(fā)生翹曲、存在產生開路引線的可能性。為了獲得BGA和板之間良好的連接，找出一個不引起翹曲的安裝解決方法是必要的。為了確定安裝BGA封裝時發(fā)生翹曲程度的狀況，工：程師們在不同的溫度狀況下作了系列試驗。把BGA封裝置于加過熱的盤上，并使用激光儀測定其翹曲量。在溫度范圍為25℃～165℃狀況下，翹曲量一貫是最小值，在200℃時，翹曲量極大地減小。

2 存在的差異

由于模塑樹脂和BT樹脂之間的熱膨脹系數，造成了差異的存在。一般在180℃完成傳遞模塑，大約在200℃時，模塑樹脂的殘余應力將被解除，這表明BGA—P的翹曲狀況在回流焊溫度時是小的，并且開路誤差的可能性是頗低的。在BGA—T中，把一銅環(huán)嵌入封裝中為的是減少翹曲狀況。也就是說，銅環(huán)的目的是使回流焊期間封裝翹曲狀況降低。

3 安裝方法

由于在標準制造工藝狀況下，別的電子元件將與BGA一起安裝，因此應考慮絲網印刷的效果問題。使用絲網印刷方法時，如果使用的焊料量不適當，也許就會發(fā)生橋接現象。缺陷是由于焊膏印刷量的各種變化造成的。為了減少發(fā)生橋接現象的危險，要考慮真正的批量生產的前景，通常采取用焊劑代替焊膏的方法。因此，對這些測試，使用MSP510-3焊劑。

由于BGA具有相對大的間距，對其貼片精度沒有必要像QFP(方形扁平封裝)那樣嚴格要求。預計細間距BGA不久將登場亮相，因此，對高貼片精度的要求會逐步增長。試驗階段，試驗的方法依賴于有CCB(容性耦合誤差)照相機的可視灰度鑒別裝置，為的是識別BGA凸點狀況。

凸點鑒別階段，僅僅鑒別BGA外部的凸點的方法和鑒別所有的凸點的方法之間的選擇是可行的(凸點鑒別裝置應能夠處理間距小于1.0mm的BGA)。如果開路連接可防止的話，那么凸點高度的最小值必須高于BGA和板翹曲量。

早期試驗階段，采用焊盤模式來完成壓焊測試，并在壓焊測試階段，測量壓焊高度(回流焊之后封裝和PCB之間的距離)和別的壓焊條件。(如圖1所示）

壓焊后測試發(fā)現間隔為549μm，略小于凸點高度的最小值552μm。除此之外，壓焊后降低了間隔，增大了焊盤模式的直徑，這在防止開路連接方面是有效的。然而當經受溫度循環(huán)時，壓焊間隔縮小，封裝使用壽命將會縮短。

安裝BGA—P封裝時，伴隨著上面提到的過程，也測量了凸點的壓焊缺陷率。具有“過抗蝕劑”特性，焊盤直徑為0．8mm，當使用焊劑時，由于僅在一個凸點中發(fā)生了弱的浸潤現象，從而導致了開路誤差。(如圖2所示)在別的條件下未發(fā)現任何缺陷。由這些結果可看出，當通過絲網印刷機供給焊膏時，可得到較好的效率。概括地說，使用絲網印刷機可獲
得滿意的結果(如表1)。

為了得到最佳的效率，認為BGA—T封裝的安裝測試也是在這些條件下完成的(如表2所示)。

由于BGA—T封裝的凸點間距為1．0mm，橋接現象的可能性與BGA—P封裝 (凸點間距為1．5mm)相比較，相對高一些。然而，在測試期間，沒有觀察到橋接現象。確定直徑為0．7mm的焊盤尺寸將比間距為1．0mm的BGA封裝好一些。如果是這樣的話，開路誤差的可能性就會更低。但是，若考慮此狀況，則PCB的布線設計技術會在比較小的直徑狀況下變得更難。

4 可靠性評定

為了研究當經受溫度循環(huán)時BGA封裝的可靠性狀況，應說明循環(huán)失效的數目，這些試驗的結果為凸點形狀的標準。焊點的壽命與循環(huán)失效的標準數目是成比例的，三種不同的測試進一步證實了這一結果，如圖3所示。

然而，就陶瓷BGA而論，預計循環(huán)失效的數目是極低的，這表明在其應用中給予了足夠的重視。對BGA封裝安裝完后焊點方面的各種變化也進行了探討，在板上，BGA封裝經受了溫度循環(huán)，首次測試的溫度范圍為-65℃—+150℃。多達600次循環(huán)，但未發(fā)現缺陷，這是令人感到滿意的。不過在測試板的一些通孔中出現了裂紋，這表明在安裝板時，必須對此進行適當的考慮。接著，在溫度范圍為-40℃-+80℃時，2500次循環(huán)的狀況下完成熱試驗。觀察到連接電阻沒有變化。當BGA封裝選擇的溫度范圍為-40℃-+125℃時，在1500次循環(huán)狀況下，沒有變化情況。

5 結語

評定了這些試驗結果之后，制造者對在BGA封裝安裝工藝階段遇到的部分問題的解決辦法感到滿意，諸如效率、可靠性和PCB焊盤設計等。BGA在PCB上的安裝與目前的SMT工藝設備和工藝基本兼容。先將低熔點焊膏絲網印刷到PCB板上的焊盤陣列上，用拾放設備將BGA對準放在印有焊膏的焊盤上，然后進行標準的SMT再流焊。