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BGA返修台封装形式对再流焊效果的影响

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发表于 2014-12-3 17:06:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
      BGA返修台封装形式对再流焊效果的影响


      由于BGA返修台具有很多优势,因而在目前电子工业中已被广泛应用。BGA返修台的封装形式有多种,形成了一个“家族”,它们之间的区分主要在于材料和结构(塑料、陶瓷、引线焊接、载带等)的不同。本文将就这bga封装形式对再流焊工艺的影响进行计论。


      为验证这一推论,我们采用了简单结构、单加热方向的热源还在对不同材料的典型的BGA返修台进行加热试验。 此外,还在对不同的BGA封装进行了多种加热曲线试验。作为标准参照,每一种封装都分别在一有标准的PLCC和SMC的基板上,采用相同的工艺参数进行试验。


      所有的BGA返修台,无论何种类型,所利用的都是位于其封装体底部的焊接端子-焊球。再流焊时,在巨大热能的作用下,接球熔化与基板上的焊盘形成连接。因此,BGA封装材料及在封装中s的位置势必会影响焊球的受热,在有些情况下,即使是很少量的甚至是单独的焊球,其作用也是不容忽视的。


      这些试验所得出的温度曲线可对不同封装形式BGA返修台的加热特点进行直接的比较。以这些结果为依据,对于每一种BGA返修台,其工艺参数可进行分别的优化,以得出使用每一形式时所期望的最佳热响应。


      众所周知,BGA返修台正在迅速成为集成电路(IC)与印制板互联的最普遍的方式之一。BGA返修台最为引人注意的基本特点是对于IO数量超过200的IO仍可以利用现有的SMT工艺。SMT最基本组成是再流焊,而现有的再流焊炉也已被证明可用于高可靠BGA封装的焊接。虽然BGA焊接的时间温度曲线与标准的曲线相同,但在使用时还必须了解这些封装的特殊性能。这一点特别重要,因为与大多传统的SMT器件不同,BGA的焊点位于器件的下方介于器件体与PCB之间。因此,结构中的内部材料对接点的影响要比大多数传统封装形式大得多。因为,传统封装形式的引线沿器件体四周排列,至少可以部分暴露于加热环境中。


      BGA返修台的类型


      BGA返修台的封装形式有多种,形成了一个(家族),它们不仅在尺寸、与IO数量上不同,而且其物理结构和封装材料也不同。基于本文宗旨,“形式”一词在此主要特指BGA的物理结构,包括材料、构造和制造技术。一种特定形式的BGA可以有一定的尺寸范围,但应采用同样的物理构造和相同的材料。以下将重点分析三种特定的BGA封装,每一种的结构形式都不同。


      塑料BGA


      塑料球栅阵列封装(PBGA)是目前生产中最普遍的BGA封装形式。其吸引人的优点是:


     (1)玻璃纤维与BT树脂基片,约0.4mm厚。


     (2)芯片直接焊在基片上。


     (3)芯片与基片间靠导线连接 。


     (4)塑料模压可封装芯片、导线连接与基片表面的大部分。


     (5)焊球(通常共晶材料)在基片的底部焊盘焊接。 但是,有一个参数不能通用,即塑封相对于基板总面积的面积覆盖率。对于某些塑封件,模压塑料几乎完全覆盖了整个基板,相反,有些则被严格地限制压在中央的一个小范围。这也将对焊点的受热产生影响。


      陶瓷BGA(CBGA)


      对于任一陶瓷IC封装,在陶瓷BGA中最基本的材料是贵金属互联电路的多层基片。这种封装类型的密封对于透过封装的热传导影响最大。封装“盖”的材料可以有多种,并且“盖”的下方通常会有一没有填充物的空间。这一空隙会阻碍封装体下部焊点的受热。


     “增强型”BGA “增强型”BGA是一相对新的名词至今为止尚未有准确的定义。通常“增强”一词的含义是在结构中增加某种材料以增强其性能。大多数情况下,所加入的材料为金属材料,功用是改善其正常工作时IC的散热。这一点很重要。


      因为BGA的优势之一是其能为IC提供大数量的IO。由于这种类型的芯片通常会在一个很小的面积上产生在量的热,因此,封装时需有散热设计。 特殊的增强型封装本文称作“超级BGA”(SBGA),结构形式是在封装的顶部是一倒扣的铜质腔体,以增强向周围环境的散热。一薄而软的基片在焊在铜片的底面,作为沿周边几行焊球附着之焊盘(即中央无焊球分布,参照JEDEC)。内导线将基板与芯片相连接,芯片从底部塑封。 表1列出了BGA封装的物理参数。表中PLCC84用来作为特点与性能的参照而列入。有趣的是除IO指标外,PLCC的其它指标均为中间值。


PLCC的其它指标均为中间值


      热传递试验


      本节将就上述三种BGA返修台的内部几何特点及材料的特性对实际的热传递的影响进行比较。 再流焊就本质上讲是一个热的传递过程,即将所有SMA上的焊点升温至焊熔点以上使熔化的焊料流动形成焊点。对于BGA而言,大量的焊点必须相对均匀地受热,以达到再流焊所要求的温度曲线(峰值温度、液相时间等)。


      根据BGA封装的物理特性,所有的焊点均位于封装体与PCB之间,焊点的加热熔化主要通过封装体与PCB的热传导。关于这一点目前概念有些混乱,有人认为在以热风为主的再流焊炉中,BGA下方焊点的加热是靠热气流在装体下部的流动而实现的。这一理论是不正确的,因为,首先在这种类型的炉中热气流的流态主要是垂直于组件的方向,并沿此方均匀分布,因此炉内并不存在热气流从器件一端穿过器件中心流向另一端的压力差。


      其次,封装体与PCB之间的空间非常小,且又存在许多焊球,势必会阻碍气流的运动。以热风为主的炉子之所以能够对BGA进行完美的焊接并不是因为它可将热气流“压入”器件的下方,而是因为它可以在器件的上下二个表面,以相对较低的温度而产生高较的热传递,同时又能使得小型器件避免过热。


      整个热传递制如下:


     (1)热量通过辐射与对流被传递至BGA器件的上表面与PCB的下表面,辐射与对流的多少,不同设计的炉子各有不同。


     (2) 热量通过传导穿过器件体与PCB直接到达焊点。 热传导速率取决于材料的厚度和物理性质。因此,不同形式的BGA,因其材料的不同对焊点的加热速度也不相同。而且,即使整个焊球矩阵分存面上,热传导的速率也不相同。因为不管何种形式的BGA,中心都有IC芯片。对于PBGA,若塑封区面积小于焊球矩阵分布区面积,热传导的不均匀性还将会在器件的边缘处显现。其它封装形式也有其独特的结构特性。为本文所讨论的三种不同的封装形式。垂直箭头表示不同的热传递路径。


    原文:http://www.szbga.com/index.php?case=archive&act=show&aid=234,本文来源于【迅维BGA返修台】中心,转载注明出处。

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发表于 2015-4-25 17:18:28 | 显示全部楼层
一段感情持续下去,最重要的或许不是爱,而是感恩。谢谢他在人群里发现你,视若珍宝牵手到今;谢谢你最珍贵的青春,只为他而燃烧。为对方做的一切,都看在眼记在心。将来无论发生什么,可以吵架,可以生气,但绝不会离开。
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发表于 2016-7-26 12:11:21 | 显示全部楼层
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