BGA封装的安装策略

杨建生(天水华天微电子有限公司)

摘 要：本丈主要叙述了两种BGA封装(BGA—P 225个管脚和BGA—T 426个管脚)的安装技术及可靠性方面的评定。

关键词：BGA—P封装 BGA—T封装 安装方法

1 引言

为了获得BGA与PCB之间良好的连接，找到一个不产生翘曲的解决办法是必要的。为了适应当代更小、密度更高的IC技术的发展趋势，作为新的IC封装技术形式的球栅阵列封装BGA是人们关注的焦点。然而，BGA封装技术的很多方面，诸如安装条件，还没有弄清楚。近年来，工程师们测试了两种规格的BGA封装(BGA—P225个管脚和BGA—T426个管脚)，并确定哪一种安装策略提高了封装效率和封装可靠性。

在实际使用中，BGA—P封装易于发生翘曲、存在产生开路引线的可能性。为了获得BGA和板之间良好的连接，找出一个不引起翘曲的安装解决方法是必要的。为了确定安装BGA封装时发生翘曲程度的状况，工：程师们在不同的温度状况下作了系列试验。把BGA封装置于加过热的盘上，并使用激光仪测定其翘曲量。在温度范围为25℃～165℃状况下，翘曲量一贯是最小值，在200℃时，翘曲量极大地减小。

2 存在的差异

由于模塑树脂和BT树脂之间的热膨胀系数，造成了差异的存在。一般在180℃完成传递模塑，大约在200℃时，模塑树脂的残余应力将被解除，这表明BGA—P的翘曲状况在回流焊温度时是小的，并且开路误差的可能性是颇低的。在BGA—T中，把一铜环嵌入封装中为的是减少翘曲状况。也就是说，铜环的目的是使回流焊期间封装翘曲状况降低。

3 安装方法

由于在标准制造工艺状况下，别的电子元件将与BGA一起安装，因此应考虑丝网印刷的效果问题。使用丝网印刷方法时，如果使用的焊料量不适当，也许就会发生桥接现象。缺陷是由于焊膏印刷量的各种变化造成的。为了减少发生桥接现象的危险，要考虑真正的批量生产的前景，通常采取用焊剂代替焊膏的方法。因此，对这些测试，使用MSP510-3焊剂。

由于BGA具有相对大的间距，对其贴片精度没有必要像QFP(方形扁平封装)那样严格要求。预计细间距BGA不久将登场亮相，因此，对高贴片精度的要求会逐步增长。试验阶段，试验的方法依赖于有CCB(容性耦合误差)照相机的可视灰度鉴别装置，为的是识别BGA凸点状况。

凸点鉴别阶段，仅仅鉴别BGA外部的凸点的方法和鉴别所有的凸点的方法之间的选择是可行的(凸点鉴别装置应能够处理间距小于1.0mm的BGA)。如果开路连接可防止的话，那么凸点高度的最小值必须高于BGA和板翘曲量。

早期试验阶段，采用焊盘模式来完成压焊测试，并在压焊测试阶段，测量压焊高度(回流焊之后封装和PCB之间的距离)和别的压焊条件。(如图1所示）

压焊后测试发现间隔为549μm，略小于凸点高度的最小值552μm。除此之外，压焊后降低了间隔，增大了焊盘模式的直径，这在防止开路连接方面是有效的。然而当经受温度循环时，压焊间隔缩小，封装使用寿命将会缩短。

安装BGA—P封装时，伴随着上面提到的过程，也测量了凸点的压焊缺陷率。具有“过抗蚀剂”特性，焊盘直径为0．8mm，当使用焊剂时，由于仅在一个凸点中发生了弱的浸润现象，从而导致了开路误差。(如图2所示)在别的条件下未发现任何缺陷。由这些结果可看出，当通过丝网印刷机供给焊膏时，可得到较好的效率。概括地说，使用丝网印刷机可获
得满意的结果(如表1)。

为了得到最佳的效率，认为BGA—T封装的安装测试也是在这些条件下完成的(如表2所示)。

由于BGA—T封装的凸点间距为1．0mm，桥接现象的可能性与BGA—P封装 (凸点间距为1．5mm)相比较，相对高一些。然而，在测试期间，没有观察到桥接现象。确定直径为0．7mm的焊盘尺寸将比间距为1．0mm的BGA封装好一些。如果是这样的话，开路误差的可能性就会更低。但是，若考虑此状况，则PCB的布线设计技术会在比较小的直径状况下变得更难。

4 可靠性评定

为了研究当经受温度循环时BGA封装的可靠性状况，应说明循环失效的数目，这些试验的结果为凸点形状的标准。焊点的寿命与循环失效的标准数目是成比例的，三种不同的测试进一步证实了这一结果，如图3所示。

然而，就陶瓷BGA而论，预计循环失效的数目是极低的，这表明在其应用中给予了足够的重视。对BGA封装安装完后焊点方面的各种变化也进行了探讨，在板上，BGA封装经受了温度循环，首次测试的温度范围为-65℃—+150℃。多达600次循环，但未发现缺陷，这是令人感到满意的。不过在测试板的一些通孔中出现了裂纹，这表明在安装板时，必须对此进行适当的考虑。接着，在温度范围为-40℃-+80℃时，2500次循环的状况下完成热试验。观察到连接电阻没有变化。当BGA封装选择的温度范围为-40℃-+125℃时，在1500次循环状况下，没有变化情况。

5 结语

评定了这些试验结果之后，制造者对在BGA封装安装工艺阶段遇到的部分问题的解决办法感到满意，诸如效率、可靠性和PCB焊盘设计等。BGA在PCB上的安装与目前的SMT工艺设备和工艺基本兼容。先将低熔点焊膏丝网印刷到PCB板上的焊盘阵列上，用拾放设备将BGA对准放在印有焊膏的焊盘上，然后进行标准的SMT再流焊。