(6) 阅读 (2687)

球栅阵列封装 编辑词条词条保护

词条创建者 匿名网友

球栅阵列封装

一颗Intel嵌入式的Pentium MMX处理器底视图,可见到这些锡球的颗粒

球栅阵列封装(英语:BGA、Ball Grid Array,以下简称BGA)技术为应用在集成电路上的一种表面黏着封装技术,此技术常用来永久固定如微处理器之类的的装置。BGA封装能提供比其他如双列直插封装(Dual in-line package)或四侧引脚扁平封装(Quad Flat Package)所容纳更多的接脚,整个装置的底部表面可全作为接脚使用,而不是只有周围可使用,比起周围限定的封装类型还能具有更短的平均导线长度,以具备更佳的高速效能。

焊接BGA封装的装置需要精准的控制,且通常是由自动化程序的工厂设备来完成的。BGA封装装置并不适用于插槽固定方式。

叙述
球栅阵列封装
组装在PCB上的BGA IC

BGA封装技术是从插针网格阵列(pin grid array; PGA)改良而来,是一种将某个表面以格状排列的方式覆满(或部分覆满)引脚的封装法,在运作时即可将电子讯号从集成电路上传导至其所在的印刷电路板(printed circuit board,以下简称PCB)。在BGA封装下,在封装底部处引脚是由锡球所取代,每个原本都是一粒小小的锡球固定其上。这些锡球可以手动或透过自动化机器配置,并透过助焊剂将它们定位[1]。装置以表面贴焊技术固定在PCB上时,底部锡球的排列恰好对应到板子上铜箔的位置。产线接着会将其加热,无论是放入回焊炉 (reflow oven) 或红外线炉,以将锡球溶解。表面张力会使得融化的锡球撑住封装点并对齐到电路板上,在正确的间隔距离下,当锡球冷却并固定后,形成的焊接接点即可连接装置与PCB。

优势

编辑

高密度

BGA封装技术是在生产具有数百根引脚的集成电路时,针对封装必须缩小的难题所衍生出的解决方案。插针网格阵列(Pinned grid array)和双列直插封装(Dual in-line package)的表面贴焊(小型塑封集成电路; Small-outline integrated circuit; SOIC)封装生产时,由于必须加入越来越多引脚且彼此的间隙必须减少,这样却导致了焊接过程时的困难。当封装引脚彼此越来越近时,焊锡时意外地桥接到相邻的引脚风险就因此增加。BGA封装技术在工厂实作的焊接下,就没有这类的困扰。

导热性

BGA封装技术的另一个优势,胜过分离式引脚(如含针脚的封装技术)的其他封装技术,那就是在封装与PCB间能有较低的热阻抗。这可以让封装内的集成电路产生的热能更容易传导至PCB,避免芯片过热。

电感引脚

更短的导体也就意味着不必要的电感度能降低,此特性在高速的电子电路中会导致不必要的信号失真。BGA封装技术,在封装与PCB之间的距离非常短,有了低电感引脚,相较于针脚装置能有更优异的电子特性。

缺点

编辑

球栅阵列封装
X光下的BGA封装 非延展性的接点

BGA封装的其中一个缺点,就是锡球无法像长引脚那样可以伸展,因此他们在物理特性上是不具材料刚度的。所有的表面贴焊装置,因PCB基板和BGA封装在热膨胀系数的差异而弯曲(热应力),或延展并振动(机械应力)下,就可能导致焊点断裂。

热膨胀问题可透过PCB与封装两者相近的热特性配合来解决,通常塑化BGA装置可以比陶瓷BGA装置更接近符合PCB的热特性。

普遍采用的RoHS相容无铅焊料合金产线,更显示出BGA封装所需面临的挑战,例如回焊过程时的“枕头效应”(Head-in-Pillow)[2]、“承垫坑裂”(pad cratering)问题,相较于含铅焊料的BGA封装,由于RoHS相容焊料的低延展性,在高温、高热冲击和高G力等极端环境下,有些BGA封装的可靠度也因此降低。

机械应力问题可透过一种叫做“底部填充”(Underfilling)[4]的手续将装置黏合在板子上,此手续会在装置贴焊到PCB上后,在其下方注射环氧混合物,有效地将BGA装置贴合至PCB上。目前有数种底部填充材料可供应用,可对应各种不同应用与热传导的需求提供不同的特性。底部填充的另一个好处是,能够限制住锡须的增生。

解决非延展性接点的另一个解决办法,就是将封装内放入一道“延展性涂层”,能允许底部的锡球能按照封装的相对应位置移动实际位置。这个技巧已成了BGA封装DRAM厂的标准之一。

其他在PCB层级上用来增加封装可靠度的技巧,还包括了专为陶瓷BGA(CBGA)使用的低延展性PCB、封装与PCB板之间导入的中介板(interposers),或重新封装装置等。

检验困难

编辑

当封装物贴焊至定位后,要找到焊接时的缺陷就变得困难。为了要检测焊接封装的底部,业界均开发了X光机、工业电脑断层扫描机[5]、特殊显微镜、和内视镜等设备来克服这个问题。若一块BGA封装发现是贴焊失败,可以在“返修台”(通称rework station)上移除它,这是一台装有红外线灯(或热风机)的夹具,以及备有热电偶和真空装置以便吸取封装物。BGA封装可以替换另一颗新的、重工(或称“除锡植球”,英文称reballing)并重新安装在电路板上。

由于视觉化X光的BGA检测方式所费不赀,电路测试法反而也经常被采用。常见的边界扫描测试法可透过IEEE 1149.1 JTAG接口连接进行测试。

开发电路时的困难

在开发阶段时,就将BGA装置焊接至定点的话其实不切实际,通常反而是先使用插槽,虽然这样比较不稳定。通常有两种常见的插槽:较可靠的类型具有弹簧针脚,可以贴紧下方的锡球,但不允许使用锡球已被移除的BGA装置,因为这样弹簧针脚可能会不够长。

而不可靠的类型是一种叫做“ZIF插槽”(Zero Insertion Force),具有弹簧钳可以抓住锡球。但这个不容易成功,特别是当锡球太小的话。[来源请求]

设备花费

编辑

要可靠地焊接BGA装置,需要昂贵的设备。人工焊接的BGA装置非常困难且不可靠,通常只用在少量且小型的装置。[来源请求]然而,由于越来越多的IC只提供在无铅(例如,四侧扁平无铅封装(quad-flat no-leads package))或BGA封装使用,已逐渐发展出各种的DIY法(重工)可使用便宜的加热源,例如热风枪、家用烤箱以及平底电热锅等。[6]

变异版

编辑

球栅阵列封装
Intel Mobile Celeron in a BGA2 package (FCBGA-479) CABGA:Chip Array Ball Grid Array,芯片阵列BGA。 CBGA和PBGA代表BGA所附着的基底材料为陶瓷(Ceramic)或塑料(Plastic)。 CTBGA:Thin Chip Array Ball Grid Array,薄芯片阵列BGA。 CVBGA:Very Thin Chip Array Ball Grid Array,特薄芯片阵列BGA。 DSBGA:Die-Size Ball Grid Array,晶粒尺寸型BGA。 FBGA:Fine Ball Grid Array 建构在BGA技术上。其具备更细的接点,且主要用在系统单芯片设计,也就是Altera公司所称的FineLine BGA。与Fortified BGA有所不同。[7] FCmBGA:Flip Chip Molded Ball Grid Array,覆晶铸模BGA。 LBGA:Low-profile Ball Grid Array,薄型BGA。 LFBGA:Low-profile Fine-pitch Ball Grid Array,薄型细间距BGA。 MBGA:Micro Ball Grid Array,微型BGA。 MCM-PBGA:Multi-Chip Module Plastic Ball Grid Array,多芯片模组塑料BGA。 PBGA:Plastic Ball Grid Array,塑料型BGA。 SuperBGA (SBGA):Super Ball Grid Array,超级BGA。 TABGA:Tape Array BGA,载带阵列BGA。 TBGA:Thin BGA,薄型BGA。 TEPBGA:Thermally Enhanced Plastic Ball Grid Array,热强化塑料型BGA。 TFBGA:Thin and Fine Ball Grid Array,薄型精细BGA。 UFBGA或UBGA:Ultra Fine Ball Grid Array,极精细BGA。

为了容易使用球栅阵列装置,大部分的BGA封装件仅在封装外围有锡球,而内部方形区域均留空。

Intel使用称作BGA1的封装法在他们的Pentium II和早期的Celeron行动型处理器上。BGA2为Intel在其Pentium III的封装法以及一些较晚期的Celeron行动型处理器上。BGA2也就是所称的FCBGA-479,用来取代它上一代的BGA1技术。

例如,“微型覆晶球栅阵列”(Micro Flip Chip Ball Grid Array,以下称Micro-FCBGA)为Intel目前[何时?]的BGA镶嵌方法供采用覆晶接合技术的行动型处理器。此技术被采用在代号Coppermine的行动型Celeron处理器。Micro-FCBGA具有479颗锡球,直径0.78mm。 处理器透过焊接锡球方式,黏着在主板上,比起针栅阵列插槽配置法还要更轻薄,但不可移除。

479颗锡球的Micro-FCBGA封装(几乎与478针脚可插入式Micro-FCPGA封装法相同)配置出六道外围1.27mm间距(每英寸间距内有20颗锡球)构成26×26方栅,其内部有14×14区域是留空的。

 

内容由匿名网友提供,本内容不代表vibaike.com立场,内容投诉举报请联系vibaike.com客服。如若转载,请注明出处:https://ispeak.vibaike.com/6811

发表评论

登录后才能评论
词条目录
  1. 优势
  2. 缺点
  3. 检验困难
  4. 设备花费
  5. 变异版

轻触这里

关闭目录

目录