BGA是球柵陣列的縮寫(xiě)，利用焊球作為基座背面的引腳。 BGA是SMT（表面貼裝技術(shù)）組件接受的一種封裝，由多引腳LSI（大規(guī)模集成）應(yīng)用。

BGA封裝類別

到目前為止，BGA封裝可根據(jù)基本類型分為三類：PBGA（塑料球柵陣列），CBGA（陶瓷球柵陣列），TBGA（帶球柵陣列） 。

?PBGA

PBGA將焊球置于基座上，具有以下特性：
a。具有與環(huán)氧樹(shù)脂的優(yōu)良熱壓匹配;
b。焊球有助于焊點(diǎn)的產(chǎn)生，導(dǎo)致靈活的共面性約為250μm;
c。特點(diǎn)成本低;
d。電氣性能極佳;
e。可以通過(guò)封裝邊緣與PCB焊盤(pán)精確對(duì)齊。

?CBGA

屬于CBGA的焊球是用高溫焊料制造的，然后通過(guò)共晶的應(yīng)用與陶瓷基體連接焊料具有低熔點(diǎn)（通常為63Sn/Pb），然后利用該焊料使焊球與PCB（印刷電路板）連接。 CBGA具有以下特點(diǎn)：
a。具有更高的可靠性;
b。具有良好的共面性，約為100μm，易于產(chǎn)生焊點(diǎn);
c。對(duì)濕度不敏感;
d。具有高封裝密度;
e。由于不同的熱膨脹系數(shù)，CBGA采用與環(huán)氧樹(shù)脂作為基板的PCB板不良熱壓匹配，使焊點(diǎn)疲勞成為CBGA的主要失效類型;
f。封裝邊緣和PCB之間難以對(duì)齊，導(dǎo)致封裝成本高。

?TBGA

TBGA是一種利用磁帶互連來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片，焊球和PCB之間連接的封裝。 TBGA封裝的特性包括：
a。使用環(huán)氧樹(shù)脂作為基板材料，與PCBs進(jìn)行良好的熱壓匹配;
b。能夠通過(guò)封裝邊緣與PCB焊盤(pán)對(duì)齊;
c。成本最低;
d。對(duì)濕度和熱量敏感，可能導(dǎo)致相對(duì)較低的可靠性;

基于不同類別BGA封裝的簡(jiǎn)要介紹，BGA封裝元件的特性可歸納如下：
a。導(dǎo)致低故障率;
b。顯著改善元件引腳，同時(shí)減小封裝尺寸，減少基座的應(yīng)用范圍;
c。明顯地打敗共面問(wèn)題并大大減少共面損害;
d。具有實(shí)心引腳，這與QFP（四方扁平封裝）發(fā)生的引腳變形不同;
e。包括短引腳，信號(hào)路徑此后短路，引線電感和電容減小，電氣性能提高;
f。有利于散熱;
g。兼容MCM（多芯片模塊）的封裝要求，從而實(shí)現(xiàn)MCM的高密度和高性能。

BGA回流焊技術(shù)

基本上，BGA封裝組件與SMT組裝程序兼容。首先，通過(guò)應(yīng)用模板或焊劑將焊膏涂在PCB上的焊盤(pán)陣列上。其次，拾取和放置機(jī)器用于使BGA元件完全對(duì)準(zhǔn)放置在PCB焊盤(pán)陣列上。然后，BGA元件將在回流焊爐中進(jìn)行回流焊接。由于BGA封裝元件的特殊性，本文將以PBGA為例討論回流焊接技術(shù)。

?預(yù)熱階段

預(yù)熱階段通常由2到4個(gè)加熱區(qū)組成，溫度在2分鐘內(nèi)不斷升高到150°C，這樣焊膏中的揮發(fā)性物質(zhì)就會(huì)揮發(fā)掉。結(jié)果，這些物質(zhì)不會(huì)導(dǎo)致焊料飛濺或基底過(guò)熱。同時(shí)，PCB器件的溫度可以足夠高以實(shí)現(xiàn)焊料的潤(rùn)濕性。溫度升高達(dá)到每秒1.5°C的溫度是最佳的。

?浸泡階段

浸泡階段的目標(biāo)是充分實(shí)現(xiàn)熱熔，PCB上所有焊點(diǎn)的溫度可以為接近焊接溫度。熱熔的程度直接決定了焊點(diǎn)的焊接質(zhì)量。溫度應(yīng)在60至120秒內(nèi)保持在約170°C。

?焊接階段

焊接階段必須見(jiàn)證焊點(diǎn)溫度迅速升至焊接溫度。當(dāng)溫度超過(guò)183°C時(shí)，持續(xù)時(shí)間應(yīng)控制在60秒至120秒的范圍內(nèi)。最好將焊接階段的最高溫度設(shè)置在200°C至210°C的范圍內(nèi)，組件的峰值溫度不應(yīng)超過(guò)220°C。溫度上升速率達(dá)到每秒2°C至3°C是最佳選擇。

?冷卻階段

冷卻階段包含兩種冷卻模式：空氣冷卻和自然冷卻。最佳冷卻速率可達(dá)到每秒1°C至3°C的溫度范圍。此外，元件表面和底部之間的溫差不應(yīng)超過(guò)7°C，否則會(huì)引起熱應(yīng)力聚集。

由于不同封裝的元件具有不同的熱吸收和散熱率，溫度焊接階段的上升速率和降溫速率應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

回流焊過(guò)程中各相的溫度和持續(xù)時(shí)間可歸納為下表。

必須注意的是，這個(gè)表在任何情況下都不能完全符合。組件，回流焊爐，PCB，裝配環(huán)境，操作員的制造經(jīng)驗(yàn)等之間確實(shí)存在差異。因此更精確的設(shè)置參數(shù)取決于實(shí)際的裝配經(jīng)驗(yàn)。

BGA組件檢查

良好的焊接只完成了一半。除非進(jìn)行檢查，否則永遠(yuǎn)無(wú)法保證焊點(diǎn)完美。 BGA包裝將其組件隱藏在其體下，因此視覺(jué)檢查幾乎無(wú)法工作。此外，最佳檢查只能使邊緣處的焊點(diǎn)暴露，無(wú)法提供完整和準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。因此，應(yīng)通過(guò)X射線檢查設(shè)備檢查BGA焊點(diǎn)。有兩種方法可用于X射線檢測(cè)設(shè)備：透射檢查和橫截面檢查，這兩種方法都能夠檢查焊點(diǎn)之間的橋接和未對(duì)準(zhǔn)。事實(shí)上，兩種檢測(cè)方法在BGA焊點(diǎn)形狀和尺寸檢測(cè)能力方面表現(xiàn)不同。

?X射線透射檢測(cè)

X射線沿垂直方向傳輸所有高密度材料。當(dāng)涉及到CBGA時(shí)，焊球會(huì)阻止焊臺(tái)處的共晶焊料產(chǎn)生，而元件級(jí)的共晶焊料往往會(huì)被焊球覆蓋。就PBGA封裝而言，焊接站處的焊料圖像往往會(huì)在焊點(diǎn)處停止。結(jié)果，X射線透射檢查無(wú)法正確解決焊料不足的缺陷。

?X射線橫截面檢查

X射線橫截面檢查可以探索焊接連接缺陷并準(zhǔn)確獲得BGA的形狀焊點(diǎn)和橫截面的臨界尺寸。焊點(diǎn)水平的圓環(huán)厚度檢查反映了焊料回流過(guò)程或焊料站焊料的變化情況。焊點(diǎn)水平的半徑檢測(cè)表明焊料站的焊料量變化，這是由焊膏印刷技術(shù)或過(guò)多的回流焊料引起的。焊球的半徑檢測(cè)表明從焊點(diǎn)到焊點(diǎn)或從板到板的共面性。

小型化和高性能是電子產(chǎn)品必不可少的發(fā)展趨勢(shì)，領(lǐng)先的電路模塊組裝密度不斷上去。因此，高完整性微型組件也隨著組裝方法的推進(jìn)而變得多樣化。隨著現(xiàn)代封裝技術(shù)的蓬勃發(fā)展，BGA封裝技術(shù)正朝著μBGA和MCM發(fā)展。作為一種高密度組裝元件，應(yīng)根據(jù)不同的封裝要求應(yīng)用不同的焊接溫度。只要在BGA回流焊接過(guò)程中仔細(xì)考慮必要元件，就可以充分保證BGA元件和SMT組件的可靠性。