BGA組件的分類和屬性
?BGA組件的分類
基于不同的封裝材料,BGA元件可分為以下類型:PBGA(塑料球柵陣列),CBGA(陶瓷球柵陣列),CCGA(陶瓷柱柵陣列),TBGA(帶球柵陣列)和CSP (芯片級封裝)。這篇文章詳細(xì)介紹了這些BGA組件的優(yōu)缺點。
?BGA組件的屬性
領(lǐng)先屬性BGA組件包括:
a。 I/O引腳間距非常大,可以在同一區(qū)域內(nèi)保持更多的I/O數(shù)量。
b。更高的封裝可靠性,更低的焊點缺陷率和更高的焊點可靠性。
c。 QFP(四方扁平封裝)芯片的對準(zhǔn)通常通過由操作者進(jìn)行的目視觀察來實現(xiàn),并且難以對準(zhǔn)和焊接。但是,由于引腳間距相對較大,因此在BGA元件上實現(xiàn)對準(zhǔn)和焊接更容易。通過BGA組件上的模板進(jìn)行焊膏印刷更容易。 BGA引腳穩(wěn)定,具有比QFP封裝更好的平坦度,因為在焊球熔化后,芯片和PCB(印刷電路板)之間的平坦度誤差可以自動補(bǔ)償。在焊接過程中,焊點之間的張力會導(dǎo)致高度自對準(zhǔn),使安裝精度誤差達(dá)到50%。 BGA組件具有出色的電氣特性,可以獲得出色的頻率優(yōu)勢。
h。 BGA元件在散熱方面表現(xiàn)更好。
當(dāng)然,除了優(yōu)勢之外,BGA元件也具有劣勢。一個主要的缺點是難以檢查焊點的質(zhì)量,這取決于能夠觀察焊球坍塌的AXI(自動X射線檢查)和AOI(自動光學(xué)檢測)設(shè)備。當(dāng)然,檢查成本和難度也會提高。
BGA組件的存儲和應(yīng)用環(huán)境
BGA組件是高濕度和熱敏感組件的類型,因此應(yīng)在恒溫的干燥環(huán)境中存放。此外,操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守操作技術(shù)流程,以防止組件在裝配前產(chǎn)生不良影響。一般而言,BGA組件的最佳存儲環(huán)境在20°C至25°C的溫度范圍內(nèi),濕度小于10%RH。此外,它們最好用氮氣儲存。
一般情況下,打開BGA元件封裝后,在組裝和焊接過程中不應(yīng)長時間暴露在空氣中以阻止元件由于質(zhì)量低,導(dǎo)致焊接質(zhì)量下降。一旦打開BGA組件包裝,它們必須在≤30°C/60%RH的操作環(huán)境中在8小時內(nèi)用完。當(dāng)組分儲存在氮氣中時,可以在一定程度上延長使用時間。
在SMT(表面貼裝技術(shù))組裝過程中打開包裝后,BGA組件無法用完是非常常見的。 BGA組件必須在下次應(yīng)用之前進(jìn)行烘烤,以捕獲其出色的可焊性。烘烤溫度通常保持在125°C。烘烤時間和包裝厚度之間的關(guān)系可以總結(jié)在下表中。
包裝厚度(t/mm) | 烘烤時間(h) |
t≤1.4 | 14 |
1.4 | 24 |
烘烤溫度過高會導(dǎo)致焊料間連接處的金相組織發(fā)生變化球和組件。在焊球和元件封裝之間往往會產(chǎn)生脫離,SMT組件質(zhì)量下降。當(dāng)烘烤溫度太低時,將不能獲得除濕。 BGA組件可在自然環(huán)境中烘烤和冷卻30分鐘后組裝。
BGA組件焊接技術(shù)
BGA組件裝配技術(shù)從根本上與SMT兼容。領(lǐng)先的焊接階段是焊盤陣列上的焊膏印刷,通過模板和BGA元件與焊盤陣列對齊,BGA元件的回流焊接。在本文的其余部分,將簡要介紹PBGA焊接工藝。
?焊膏印刷
焊料焊膏質(zhì)量在影響焊接質(zhì)量方面起著關(guān)鍵作用。選擇焊膏時應(yīng)考慮以下幾個方面:優(yōu)異的可印刷性,優(yōu)異的可焊性和較少的污染物。
焊膏的粒徑應(yīng)與元件的鉛間距相容。通常,引線間距越小,焊膏粒徑越小,印刷質(zhì)量越好。但是,從未如此簡單,因為具有較大粒徑的焊膏導(dǎo)致比具有較小粒徑的焊膏具有更高的焊接質(zhì)量。因此,在確定焊膏時應(yīng)綜合考慮。由于BGA元件具有細(xì)間距,因此適合選擇粒徑小于45μm的焊膏,以保證良好的印刷效果和焊接效果。
用于焊膏印刷的模板由不銹鋼材料制成。由于BGA元件具有細(xì)間距,因此模板厚度應(yīng)限制在0.12mm至0.15mm的常見范圍內(nèi)。模板開口通常由元件決定,這是模板開口小于焊盤并通過激光切割產(chǎn)生的常見情況。
在印刷過程中,使用60度的不銹鋼金屬刮刀,其印刷壓力控制在35N至100N的范圍內(nèi)。壓力太高或太低都不利于打印。印刷速度控制在10mm/s至25mm/s的范圍內(nèi)。開口間距越小,打印速度越慢。此外,操作的現(xiàn)場溫度需要在約25℃,濕度在55%至75%RH的范圍內(nèi)。焊膏印刷后的PCB板應(yīng)在30分鐘的焊膏印刷后進(jìn)入回流焊爐,以防止焊膏長時間暴露在空氣中,同時降低產(chǎn)品質(zhì)量。
元件安裝
安裝的主要目的是使BGA元件上的每個焊球與PCB板上的每個焊盤對齊。由于BGA元件引腳太短而不易被肉眼看到,因此應(yīng)使用專用設(shè)備進(jìn)行精確對準(zhǔn)。到目前為止,用于精確對準(zhǔn)的主要設(shè)備包括BGA/CSP返修臺和芯片安裝器,其中芯片安裝器的精度達(dá)到約0.001mm。利用鏡像識別功能,可以將BGA元件精確地安裝在電路板上的焊盤陣列上。
然而,BGA元件無法通過鏡像識別和Z軸上的一些焊球確保100%優(yōu)異的焊球可能比其他球小。為了保證優(yōu)異的可焊性,BGA元件的高度可以減少25.41μm至50.8μm,延遲關(guān)閉真空系統(tǒng)應(yīng)用400ms。通過完全接觸焊球和焊膏,可以減少BGA元件的空隙焊接。
?回流焊
回流焊是BGA組裝過程中最難控制的階段,因此最佳回流焊曲線成就是實現(xiàn)優(yōu)異BGA焊接的關(guān)鍵因素?;亓骱附忧€包含四個階段:預(yù)熱,浸泡,回流和冷卻??梢苑謩e設(shè)置和修改四相的溫度和時間,以便獲得最佳焊接結(jié)果。
?BGA返工
焊接后的BGA返工是在BGA返修工作站上進(jìn)行的,可以在BGA芯片上獨立焊接和返工,而不會影響相鄰元件。因此,可以選擇合適尺寸的熱風(fēng)回流噴嘴來覆蓋BGA芯片,以方便焊接。
BGA元件焊接質(zhì)量檢測
BGA作為球柵陣列封裝的短形式,在元件下面含有焊球,沒有特定的檢測裝置,很難知道焊球的質(zhì)量。單獨目視檢查無法獲得焊點的焊接質(zhì)量。到目前為止,用于BGA焊接質(zhì)量檢測的檢測設(shè)備是X射線檢測設(shè)備,分為兩類:2D和5D。
2D X射線檢測設(shè)備可以檢查焊接問題,如裂縫,缺失,橋接,錯位和焊料不足,成本低。然而,2D X射線檢查裝置的主要缺點在于,如果兩個圖像重疊,則有時難以區(qū)分分量圖像反射的哪一側(cè)。當(dāng)依賴5D X射線檢查設(shè)備時,可以克服這一優(yōu)勢,但成本較高。
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