面积阵列封装的BGA和Flip-Chip.doc

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1、BGA(球栅阵列)和FlipChip(倒装片)作为当今大规模集成电路的封装形式，逐渐引起电子组装行业的关注，并且已经在不同领域中得到应用。　　随着表面安装技术的发展，器件引线间距在不断下降，传统的2.54mm和1.27mm间距的器件渐渐被0.5mm的细间距器件所替代(图1)，这种趋势持续至今，随之又出现有0.4mm、0.3mm乃至更细间距的表面安装器件。此外，更先进的封装技术，如自动载带焊(TAB)等，可以使得引线间距降至0.2mm或更细的间距。随着向超细间距领域的发展，表面安装技术受到了诸如器件间距、引线框架制造精度、设备、材料等各种因素的限制。在芯片(die)级，为增强器件的功能和性能不得

2、不增加I/O数和硅片的尺寸，对于如此之高的I/O数，如果采用传统形式的标准间距的封装，则器件尺寸势必会相当大，而如果采用较小尺寸的封装形式，则又会引起引线间距的急剧减小。较大尺寸封装的采用，将会使得器件在PCB上占用的面积增大，而且互联的通道会更长，难免会降低预期的使用性能，况且这些较大尺寸封装的制造并不容易，组装到PCB上的过程也并非如人们所料想的那么简单，对生产产量也会有一定的影响，从而也就增大了整个过程的组装费用。而对于满足了较大的I/O数，但间距更小的封装，在制造和组装方面也同样存在挑战，因此，电子组装者不得不从封装尺寸、引线间距、可制造性等多方面来考虑，力求寻求更好的封装解决办法。图

3、1　IC封装发展状况　　面积阵列封装(areaarraypackage)就是一种可以解决上述问题的封装形式，它可以在不牺牲器件可制造性的前提下提高器件的功能和性能。QFP器件的I/O引出端通常采用向周边走线的形式，而面积阵列封装的I/O引出端则在器件底部呈矩阵分布，I/O数的增大和封装体尺寸的减小是特别明显的，见表1和表2。表1　封装体尺寸为20mm×20mm的不同间距BGA和QFP的I/O数对比引线间距L/mmQFP器件I/O数BGA器件I/O数*2.5432641.27642560.641249610.5015615210.4019624010.253126084注：完全分布的BGA器件I

4、/O数　　　　　表2　I/O数为300的不同间距BGA和QFP的封装体尺寸对比引线间距L/mmQFP器件封装体尺寸L/mmBGA器件封装体尺寸L/mm2.54190.5×190.545.72×45.721.2795.25×95.2522.86×22.860.6447.625×47.62511.43×11.430.5038.10×38.109.144×9.1440.4030.48×30.487.315×7.3150.2519.05×19.057.112×7.112　　从这两个表可以看出面积阵列封装在器件功能和封装尺寸方面的优点。然而，由于面积阵列封装的I/O引出端在器件底部，所以在组装方面和QF

5、P又有所不同，更重要的是必须要改变相应的检测技术。由于焊点在封装体的底部，所以传统的检测手段，如视觉检测、非向量测试、在线测试、边界扫描等都不能完全适用，到目前为止，也只有X射线才能检测出面积阵列封装焊点的大部分缺陷，而目前相应的X射线检测设备的费用一般都相当高，因此，在组装过程中，组装者都尽可能严格控制工艺参数，以期望能减少或避免焊接缺陷的形成，力求避开检测这一难题。　　面积阵列封装有其不同的类型，因此也就有着不同的结构特点和组装方式。面积阵列封装以其结构形式可分为两大类：BGA和FlipChip。1　BGA　　BGA主要有四种基本类型：PBGA、CBGA、CCGA和TBGA，一般都是在封装

6、体的底部连接着作为I/O引出端的焊球阵列。这些封装的焊球阵列典型的间距为1.0mm、1.27mm、1.5mm，焊球的铅锡组份常见的主要有63Sn/37Pb和90Pb/10Sn两种，焊球的直径由于目前没有这方面相应的标准而各个公司不尽相同。从BGA的组装技术方面来看，BGA有着比QFP器件更优越的特点，其主要体现在BGA器件对于贴装精度的要求不太严格，理论上讲，在焊接回流过程中，即使焊球相对于焊盘的偏移量达50%之多，也会由于焊料的表面张力作用而使器件位置得以自动校正，这种情况经实验证明是相当明显的。其次，BGA不再存在类似QFP之类器件的引脚变形问题，而且BGA还具有相对QFP等器件较良好的共

7、面性，其引出端间距与QFP相比要大得多，可以明显减少因焊膏印刷缺陷导致焊点“桥接”的问题；另外，BGA还有良好的电性能和热特性，以及较高的互联密度。BGA的主要缺点在于焊点的检测和返修都比较困难，对焊点的可靠性要求比较严格，使得BGA器件在很多领域的应用中受到限制。　　以下就四种基本类型的BGA，从其结构特点等多方面加以阐述。1.1　PBGA(PlasticBallGridArray塑封球栅阵列)