BGA焊点质量控制工艺.doc

BGA元器件及其组装工艺 史建卫， 日东电子科技（深圳）有限公司，广东，深圳 518103 摘 要： 关键词： BGA Component and Assembly Process Shi Jian-Wei1 Sun East Electronic Technology (Shenzhen) Company Lt.d, Shenzhen, 518103 China Abstract: Key words: 1.引言 80年代电子轻、薄、短、小人们对I/O引线数提出了更高的要求具有高引线数的精细间距器件引线间距及引线共平面度也提出了更为严格的要求。受到加工精度、可、成本组装工艺的制约，一般认为QFP方型扁平封装器件间距的极限为0.3mm，精细间距器件的局限性在于细引线易弯曲、质脆而易断，对于引线间的共平面度和贴装精度的要求很高。SMT技术进入90年代以，走向了成熟的阶段，但随着电子产品向轻、薄、短、小、网络化和多媒体化方向的迅速发展，电子组装技术的要求，新的高密度组装技术不断涌现，其中BGA就是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技术。BGA（球栅阵列封装技术的研究始于60年代，最早被美国IBM公司采用是一种全新的设计思维方式，它采用将圆型或者柱状点隐藏在封装下面的结构，引线间距大、长度短消除了精细间距器件中由于引线问题而引起的共平面度和翘曲的问题。脚水平面较QFP容易保证因为焊球在溶化以后可以自动补偿芯片与之间的平面误差。 图1 BGA封装物理结构及外形 BGA技术的出现是IC器件从四边引线封装到阵列焊点封装的一大进步，它器件更小、引线更多，以及优良的电性能，另外还有一些超过常规组装技术的性能优势。这些性能优势包括高密度的I/O接口、良好的热耗散性能较好的电特性以及能够使小型元器件具有较高的时钟频率引线短，导线的自感和导线间的互感很低频率特性好。 JEDEC电子器件工程联合会的工业部门制定了BGA封装的物理标准，BGA与QFP相比的最大优点是I/O引线间距大，已注册的引线间距有1.0mm、1.27和1.5mm，而且目前正在推荐由1.27mm和1.5mm间距的BGA取代0.40.5mm的精细间距器件BGA的封装形式有多种，形成了一个家族，它们之间的区别主要在于材料和结构（塑料、陶瓷、引线焊接、载带等）的不同。无论何种类型，所利用的都是位于其封装体底部的焊接端子焊球在再流焊时巨大热能作用下，球熔化与基板上的焊盘形成连接。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。元器件按封装材料的不同，主要有以下几种： PBGA（Plastic塑料封装的BGA）CBGA（Ceramic陶瓷封装的BGA）CCGA(Ceramic column陶瓷柱状封装的BGA)TBGA（Tap BGA载带状封装的BGA）CSP（Chip scale BGA或μBGA）BGA保存及使用 BGA元件是一种高的温度敏感元件，所以必须在恒温干燥的条件下保存，操作人员应该严格遵守操作工艺流程，避免元器件在装配前受到影响。一般来说，真空包装未拆封之BGA的较理想的保存环境为2025℃，湿度小于10%RH（有氮气保护更佳）使用期限为一年。元器件的包装未打开前注意到BGA的防潮处理，同时也应该注意到元器件包装被打后用于安装和焊接的过程中不可以暴露的时间，以防止元器件受到影响而导致焊接质量的下降或元器件的电气性能的改变。表为湿度敏感的等级分类，它显示了在装配过程中，一旦密封防潮包装被开，元器件必须被用于安装焊接的相应时间。如果在元器件储藏于氮气的条件下，那么使用的时间可以相对延长。大约每45小时的干燥氮气的作用，可以延长1小时的空气暴露时间。一般BGA属于5级以上的湿度敏感等级。表敏感性等级拆封后必须使用的期限芯片拆封后置放环境条件元器件的包装被打开后无法在相应的时间内使用完毕，而且暴露的时间超过了表中规定的时间，那么在下一次使用之前为了使元器件具有良好的可焊性，建议对BGA元件进行烘烤。烘烤条件温度125，相对相湿度≤60%RH，烘烤时间参考表。烘烤的温度不要超过125，因为过高的温度会造成锡球与元器件连接处金相组织变化，而当这些元器件进入再流焊的阶段时，容易引起锡球与元器件封装处的脱节，造成SMT装配质量问题无法以125℃烘烤者，则以80℃/48hrs烘烤（若多次烘烤则总烘烤时数须小于96hrs）但烘烤的温度过低，则无法起到除湿的作用。BGA器件在烘烤后取出，自然冷却半小时才能进行装配作业。表烘烤时间封装厚度湿度敏感等级烘烤时间 封装厚度 湿度敏感等级 烘烤时间 封装厚度湿度敏感等级 烘烤时间 ≤1.4MM 2a 4H ≤2.0MM 2a 18H ≤4.0MM 2a 48H 3 7H 3 2