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BGA 封装设计与常见缺陷

文章来源:网络采集     发布时间:2017/10/31 10:31:14     发布时间:2017/10/31 10:31:14  【关闭】

正确设计BGA 封装

球栅数组封装(BGA 正在成为一种标准的封装形式。人们已经看到采用0.05至0.06英寸间距的BGA 效果显著。封装发展的下一步很可能是芯片级封装(CSP这种封装外形更小,更易于加工。

BGA 设计规则

凸点塌落技术,即回流焊时锡铅球端点下沈到基板上形成焊点,可追溯到70年代中期。但直到现在才开始快速发展。目前,MotorolaIBMCitizenASA TLSILogicHestia和Amkor等公司,除了自己的产品中使用这种封装,还提供BGA 商品。

BGA 另一个主要优势是废品率高。Motorola和Compaq等用户声称,其包含160至225条I/O引线的0.05英寸间距封装中,没有缺陷发生。而其它全自动工厂中,具有相同I/O引线数的细间距器件的失效率为500或1000PPM目前正在进一步开发具有400700条I/O引线的BGA 封装,日本甚至报道了1000条I/O引线BGA 封装的研发结果。目前,规范还没有完全制定好,JEDEC文件仅对1mm1.27mm和1.5mm间距作了基本规定。基体的尺寸范围为7至50mm共面性小于200μm

BGA 局限性

许多用户埋怨BGA 焊点可视性差。很明显,BGA 焊点不能藉由肉眼检测。实际上,由于零配件引线数不断增加,任何现代电子组装制程都会呈现这种情况。采用低成本的X射线装置,以及良好的设计规则,可以进行相对简单的检测。

现在布线设计(footprint包括印制导线组合、通孔和0.02英寸的圆形外表焊盘。器件上焊球的大小必定会影响焊盘尺寸。最初,一些工程师在焊盘外表贴上阻焊膜,以此减小回流焊期间器件的移动和焊膏的流动。采用这种方法,加热过程中焊点容易开裂,因此不可取。

如果铜焊盘与阻焊膜涂层之间为标准间隙,则应采用规范阻焊膜设计规则。需要时,这种简单的布局允许在印制板两个表面走线。甚至间距为1或1.27mmI/O数较多的器件,焊球之间都会呈现走线问题。选择间距较小,但中心“空白”即无焊球)器件,可克服这种问题。中心空白的BGA 外边缘可能只有四列焊球,减少了走线问题。

通孔贴装

一些公司使用保守的通孔,作为陶瓷BGA 和更常用的塑料器件的贴装焊盘。这时,通孔成了贴装焊盘和穿过印制板的互连体。这对于回流焊设计是理想的但对波峰焊产品却不然。切记:波峰焊作业会引起印制板顶部BGA 二次回流。

使用通孔贴装方法时,要确保通孔的体积与焊膏的印刷量相匹配。采用这种技术,焊膏将填满通孔,并在回流焊后仍提供相同的托高(standoff如果不考虑这个重要因素,焊球部份将会沈入焊点中。对于陶瓷BGA 高温焊球只能位于通孔的外表。当通孔尺寸减小时,问题就没有那么严重了但是内部走线时,确实会影响复杂的多层印制板的走线。

藉由与所选测试焊盘相连的通孔的顶部,可对印制板的底部填充物进行测试。一些情况下,零配件制造商在BGA 封装基板的顶部设置测试点,以便对封装外表直接进行探测。如果在组装作业中使用通孔贴装,藉由直接探测通孔即可进行测试。

谨防翘曲

回流焊期间,较大的塑料封装可能会产生翘曲。一些情况下,会看到覆层(over-moldingcompound和基板产生了翘曲,这会导致外部连接点与焊盘的接触减至最小。一些工程师指出,小片(die和玻璃环氧树脂基板均会产生翘曲。藉由改进零配件的球形端点的布局,并限制所用小片的尺寸,可在一定水平上克服这种问题。如果使用焊膏,而不只是助焊剂回流制程,发生这种特殊故障的可能性就会减少,这是因为焊膏对共面性的要求较低。

对于保守的玻璃/环氧树脂基板,使用无引线塑料BGA 就不会发生焊接故障。因为零配件基体也是由相似的环氧树脂制成的并且热膨胀系数与大多数应用相匹配。一些专门应用中,器件转角处的焊点会出现裂缝,这可能是因为此处发生了应力。

对于塑料BGA 器件,则可能出现“爆米花”式的裂缝。因为在回流焊期间,潮气会在零配件内部扩张。此时,基板和覆层之间的器件边缘就会出现裂缝。如果在返修期间呈现这种现象,就会听到器件发出“劈、啪”爆裂声,因此称为“爆米花”所以,必需选择适当的防潮封装,以减少爆裂的可能性。

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