BGA元器件及其返修工艺四爪卡盘
BGA元器件及其返修工艺
BGA元器件及其返修工艺 2011: 1概述 随着电子产品向小型化、便携化、网络化和高性能方向的发展,对电路组装技术和I/O引线数提出了更高的要求,芯片的体积越来越小,芯片的管脚越来越多,给生产和返修带来了困难。原来SMT中广泛使用的QFP(四边扁平封装),封装间距的极限尺寸停留在0.3mm,这种间距其引线容易弯曲、变形或折断,相应地对SMT组装工艺、设备精度、焊接材料提出严格的要求,即使如此,组装窄间距细引线的QFP,缺陷率仍相当高,最高可达6000ppm,使大范围应用受到制约。近年出现的BGA(Ball Grid Array 球栅阵列封装器件),由于芯片的管脚不是分布在芯片的周围而是分布在封装的底面,实际是将封装外壳基板原四面引出的引脚变成以面阵布局的pb/sn凸点引脚,这就可以容纳更多的I/O数,且可以较大的引脚间距如1.5、1.27mm代替QFP的0.4、0.3mm,很容易使用SMT与PCB上的布线引脚焊接互连,因此不仅可以使芯片在与QFP相同的封装尺寸下保持更多的封装容量,又使I/O引脚间距较大,从而大大提高了SMT组装的成品率,缺陷率仅为0.35ppm,方便了生产和返修,因而BGA元器件在电子产品生产领域获得了广泛使用。 随着引脚数增加,对于精细引脚在装配过程中出现的桥连、漏焊、缺焊等缺陷,利用手工工具很难进行修理,需用专门的返修设备并根据一定的返修工艺来完成。 2 BGA元器件的种类与特性 2.1 BGA元器件的种类 按封装材料的不同,BGA元件 主要有以下几种: PBGA(plastic BGA塑料封装的BGA) CBGA(ceramic BGA陶瓷封装的BGA) CBGAceramic column BGA陶瓷柱状封装的BGA TBGA(tape BGA 载带状封装的BGA) CSP(Chip Scale Package或μBGA) PBGA是目前使用较多的BGA,它使用63Sn/37Pb成分的焊锡球,焊锡的溶化温度约为183°C。焊锡球直径在焊接前直径为0.75毫米,回流焊以后,焊锡球高度减为0.46-0.41毫米。PBGA的优点是成本较低,容易加工,不过应该注意,由于塑料封装,容易吸潮,所以对于普通的元件,在开封后一般应该在8小时内使用,否则由于焊接时的迅速升温,会使芯片内的潮气马上气化导致芯片损坏,有人称此为“ 苞米花” 效应。按照JEDEC的建议,PBGA芯片在拆封后必须使用的期限由芯片的敏感性等级决定(见表1): 表1 PBGA芯片拆封后必须使用的期限敏感性等级芯片拆封后置放环境条件拆封后必须使用的期限1级=< 30 C , < 90% RH无限制2级=< 30 C , < 60% RH1年3级=< 30 C , < 60% RH168小时4级=< 30 C , < 60% RH72小时5级=< 30 C , < 60% RH24小时 CBGA焊球的成分为90Pb/10Sn 它与PCB连接处的焊锡成分仍为63Sn/37Pb CBGA的焊锡球高度较PBGA高,因此它的焊锡溶化温度较PBGA高,较PBGA不容易吸潮,且封装的更牢靠。CBGA芯片底部焊点直径要比PCB上的焊盘大,拆除CBGA芯片后,焊锡不会粘在PCB的焊盘上,见表2。表2 PBGA与CBGA焊接锡球的区别特性PBGACBGA焊锡球成分63Sn/37Pb90Pb/10Sn焊锡球溶化温度183°C302°C溶化前焊锡球直径0.75毫米0.88毫米溶化后焊锡球直径0.4-0.5毫米0.88毫米 CCBGA的焊锡柱直径为0.51毫米,柱高度为2.2毫米,焊锡柱间距一般为1.27毫米,焊锡柱的成分是90Pb/10Sn。 TBGA的焊锡球直径为0.76毫米,球间距为1.27毫米。与CBGA相比,TBGA对环境温度要求控制严格,因芯片受热时,热张力集中在4个角,焊接时容易有缺陷。 CSP芯片的封装尺寸仅略大于裸芯片尺寸不超过20%,这是CSP与BGA的主要区别。 CSP较BGA,除了体积小之外,还有更短的导电通路、更低的电抗性,更容易达到频率为500MHz-600MHz的范围。 2.2 BGA元器件的特性 CCBGA的焊锡柱直径为0.51毫米,柱高度为2.2毫米,焊锡柱间距一般为1.27毫米,焊锡柱的成分是90Pb/10Sn。 TBGA的焊锡球直径为0.76毫米,球间距为1.27毫米。与CBGA相比,TBGA对环境温度要求控制严格,因芯片受热时,热张力集中在4个角,焊接时容易有缺陷。 CSP芯片的封装尺寸仅略大于裸芯片尺寸不超过20%,这是CSP与BGA的主要区别。 CSP较BGA,除了体积小之外,还有更短的导电通路、更低的电抗性,更容易达到频率为500MHz-600MHz的范围。 2.2 BGA元器件的特性 我们可以从不同为304管脚的QFP与BGA芯片的比较上
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