BGA返修台的认识

BGA返修台0 · 发表于 2014-12-31 16:40:08

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bga返修台种类
分光学对位与非光学对位
光学对位——通过光学模块采用裂棱镜成像，LED照明方式，调整光场分布，使小芯片成像显示与显示器上。以达到光学对位返修。
非光学对位——则是通过肉眼将BGA根据PCB板丝印线及点对位，以达到对位返修。
针对不同大小的BGA原件进行视觉对位，焊接、拆卸的智能操作设备，有效提高返修率生产率，大大降低成本。
BGA：BGA封装内存
BGA封装(Ball Grid Array Package)的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率；虽然它
的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能；厚度和重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。
BGA封装技术可详分为五大类：
1.PBGA（Plasric BGA）基板：一般为2-4层有机材料构成的多层板。Intel系列CPU中，Pentium II、III、IV处理器均采用这种封装形式。
2.CBGA（CeramicBGA）基板：即陶瓷基板，芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片（FlipChip，简称FC）的安装方式。Intel系列CPU中，Pentium I、II、Pentium Pro处理器均采用过这种封装形式。
3.FCBGA（FilpChipBGA）基板：硬质多层基板。
4.TBGA（TapeBGA）基板：基板为带状软质的1-2层PCB电路板。
5.CDPBGA（Carity Down PBGA）基板：指封装中央有方型低陷的芯片区（又称空腔区）。
说到BGA封装就不能不提Kingmax公司的专利TinyBGA技术，TinyBGA英文全称为Tiny Ball Grid Array（小型球栅阵列封装），属于是BGA封装技术的一个分支。是Kingmax公司于1998年8月开发成功的，其芯片面积与封装面积之比不小于1:1.14，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高2～3倍，与TSOP封装产品相比，其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。
BGA主要有四种基本类型：PBGA、CBGA、CCGA和TBGA，一般都是在封装体的底部连接着作为I/O引出端的焊球阵列。这些封装的焊球阵列典型的间距为1.0mm、1.27mm、1.5mm，焊球的铅锡组份常见的主要有63Sn/37Pb和90Pb/10Sn两种，焊球的直径由于没有这方面相应的标准而各个公司不尽相同。从BGA的组装技术方面来看，BGA有着比QFP器件更优越的特点，其主要体现在BGA器件对于贴装精度的要求不太严格，理论上讲，在焊接回流过程中，即使焊球相对于焊盘的偏移量达50%之多，也会由于焊料的表面张力作用而使器件位置得以自动校正，这种情况经实验证明是相当明显的。其次，BGA不再存在类似QFP之类器件的引脚变形问题，而且BGA还具有相对QFP等器件较良好的共面性，其引出端间距与QFP相比要大得多，可以明显减少因焊膏印刷缺陷导致焊点“桥接”的问题；另外，BGA还有良好的电性能和热特性，以及较高的互联密度。BGA的主要缺点在于焊点的检测和返修都比较困难，对焊点的可靠性要求比较严格，使得BGA器件在很多领域的应用中受到限制。
以下就四种基本类型的BGA，从其结构特点等多方面加以阐述。
1.1　PBGA(Plastic Ball Grid Array塑封球栅阵列)
bga返修台
PBGA即通常所说的OMPAC(Overmolded Plastic Array Carrier)，是最普通的BGA封装类型(见图2)。PBGA的载体是普通的印制板基材，例如FR－4、BT树脂等。硅片通过金属丝压焊方式连接到载体的上表面，然后用塑料模压成形，在载体的下表面连接有共晶组份(37Pb/63Sn)的焊球阵列。焊球阵列在器件底面上可以呈完全分布或部分分布(见图3)，通常的焊球尺寸0.75～0.89mm左右，焊球节距有1.0mm、1.27mm、1.5mm几种。
PBGA可以用现有的表面安装设备和工艺进行组装。首先通过漏印方式把共晶组份焊膏印刷到相应的PCB焊盘上，然后把PBGA的焊球对应压入焊膏并进行回流，因漏印采用的焊膏和封装体的焊球均为共晶焊料，所以在回流过程中焊球和焊膏共熔，由于器件重量和表面张力的作用，焊球坍塌使得器件底部和PCB之间的间隙减小，焊点固化后呈椭球形。PBGA169～313已有批量生产，各大公司正不断开发更高的I/O数的PBGA产品，预计在近两年内I/O数可达600～1000。
PBGA封装的主要优点：
①可以利用现有的组装技术和原材料制造PBGA，整个封装的费用相对较低。
②和QFP器件相比，不易受到机械损伤。
③可适用于大批量的电子组装。
PBGA技术的主要挑战是保证封装的共面性、减少潮气的吸收和防止“popcorn”现象的产生以及解决因日趋增大的硅片尺寸引起的可靠性问题，对于更高I/O数的封装，PBGA技术的难度将更大。由于载体所用材料是印制板基材，所以在组装件中PCB和PBGA载体的热膨胀系数(TCE)近乎相同，因此在回流焊接过程中，对焊点几乎不产生应力，对焊点的可靠性影响也较小。PBGA应用遇到的问题是如何继续减少PBGA封装的费用，使PBGA能在I/O数较低的情况下仍比QFP节省费用。
1.2　CBGA(Ceramic Ball Grid Array陶瓷球栅阵列)
CBGA通常也称作SBC(Solder Ball Carrier)，是BGA封装的第二种类型(见图4)。CBGA的硅片连接在多层陶瓷载体的上表面，硅片与多层陶瓷载体的连接可以有两种形式，第一种是硅片线路层朝上，采用金属丝压焊的方式实现连接，另一种则是硅片的线路层朝下，采用倒装片结构方式实现硅片与载体的连接。硅片连接完成之后，对硅片采用环氧树脂等填充物进行包封以提高可靠性和提供必要的机械防护。在陶瓷载体的下表面，连接有90Pb/10Sn焊球阵列，焊球阵列的分布可以有完全分布或部分分布两种形式，焊球尺寸通常约0.89mm左右，间距因各家公司而异，常见的为1.0mm和1.27mm。
PBGA器件也可以用现有的组装设备和工艺进行组装，但由于与PBGA的焊球组份不同，使得整个组装过程和PBGA有所不同。PBGA组装采用的共晶焊膏的回流温度为183℃，而CBGA焊球的熔化温度约为300℃，现有的表面安装回流过程大都是在220℃回流，在这个回流温度下仅熔化了焊膏，但焊球没有熔化。因此，要形成良好的焊点，漏印到焊盘上的焊膏量和PBGA相比要多，其目的首先是要用焊膏补偿CBGA焊球的共平面误差，其次是保证能形成可靠的焊点连接。
在回流之后，共晶焊料包容焊球形成焊点，焊球起到了刚性支撑的作用，因此器件底部与PCB的间隙通常要比PBGA大。CBGA的焊点是由两种不同的Pb/Sn组份焊料形成的，但共晶焊料和焊球之间的界面实际上并不明显，通常焊点的金相分析，可以看到在界面区域形成一个从90Pb/10Sn到37Pb/63Sn的过渡区。
一些产品已采用了I/O数196～625的CBGA封装器件，但CBGA的应用还不太广泛，更高I/O数的CBGA封装的发展也停滞不前，主要归咎于CBGA组装中存在的PCB和多层陶瓷载体之间的热膨胀系数(TCE)不匹配问题，这个问题的出现，使得在热循环时引起封装体尺寸较大的CBGA焊点产生失效。通过大量的可靠性测试，已经证实了封装体尺寸小于32mm×32mm的CBGA均可以满足工业标准热循环试验规范。CBGA的I/O数目限制在625以下，对于陶瓷封装体尺寸在32mm×32mm以上的，则必须要考虑采取其它类型的BGA。
CBGA封装的主要优点在于：
1)具有优良的电性能和热特性。
2)具有良好的密封性能。
3)和QFP器件相比，CBGA不易受到机械损伤。
4)适用于I/O数大于250的电子组装应用。
此外，由于CBGA的硅片与多层陶瓷的连接可以采用倒装片连接方式，所以可以达到比金属丝压焊连接方式更高的互联密度。在很多情况下，尤其是在高I/O数的应用下，ASICs的硅片尺寸受到金属丝压焊焊盘尺寸的限制，CBGA通过采用了更高密度的硅片互联线路，使得硅片的尺寸可以进一步减小而又不牺牲功能，从而降低了费用。