表面貼裝技術(shù)（SMT）在引領(lǐng)電子產(chǎn)品朝著小型化和輕量化方面發(fā)揮著重要作用。高引腳電子封裝領(lǐng)域曾經(jīng)見過QFP（四方扁平封裝）的主導(dǎo)作用，QFP是一種表面貼裝集成電路（IC）封裝，其中“鷗翼”引線從四個(gè)側(cè)面各伸展。隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)和微制造技術(shù)的快速發(fā)展，隨著電子產(chǎn)品功能的增加和體積的不斷縮小，IC門數(shù)和I/O端數(shù)越來越多。因此，QFP的應(yīng)用永遠(yuǎn)無法滿足電子產(chǎn)品的發(fā)展要求。雖然QFP技術(shù)也在不斷進(jìn)步，并且能夠處理間距低至0.3mm的元件，但是間距的減小會(huì)使組件合格率降低到一定程度。為了成功解決這個(gè)問題，BGA（球柵陣列）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

什么是BGA？

作為一種相對較新的表面貼裝器件（SMD），BGA采用球形引線，分布在封裝底部的陣列中。 BGA元件可具有大引腳間距和大量引腳。此外，BGA元件可以通過SMT的應(yīng)用組裝在PCB（印刷電路板）上。

BGA的結(jié)構(gòu)和性能

作為一種新型SMD，BGA從PGA（針柵陣列）演變而來，通常由芯腔，基座，引線，蓋子和球形引腳組成。 BGA的屬性包括：
?更高的引腳數(shù)。在相同封裝尺寸的SMD中，BGA可以有更多的引腳。通常，BGA組件帶有400+球形引腳。例如，面積為32mm * 32mm的BGA可以承載多達(dá)576個(gè)引腳，而具有相同面積的QFP只能承載184個(gè)引腳。
?更小的裝配區(qū)域。通過引腳數(shù)，BGA可以容納更小的裝配區(qū)域。例如，將帶有304引腳的QFP與帶有313個(gè)引腳的BGA進(jìn)行比較，雖然后者帶有更多引腳，但它占據(jù)的面積減少了三分之一。
?下部裝配高度。 BGA的裝配高度低于封裝厚度和焊球高度之和。例如，具有208個(gè)引腳或304個(gè)引腳的QFP的高度為3.78mm，而具有225個(gè)或313個(gè)引腳的BGA的高度僅為2.13mm。此外，焊接后BGA的組裝高度將會(huì)降低，因?yàn)楹附舆^程中焊球會(huì)熔化。
?更大的針腳間距。根據(jù)JEDEC發(fā)布的BGA物理標(biāo)準(zhǔn)，BGA焊球之間的引腳間距應(yīng)為：1.5mm，1.27mm或1.0mm。采用相同的封裝尺寸和引腳數(shù)，QFP的引腳間距為0.5mm，而BGA的引腳間距為1.5mm。
?出色的散熱性能。 BGA封裝電路的溫度更接近環(huán)境溫度，芯片的工作溫度低于任何其他SMD。
?與SMT的兼容性。 BGA封裝與標(biāo)準(zhǔn)SMT兼容。此外，由于BGA元件具有更大的引腳間距和出色的共面性，引腳不會(huì)出現(xiàn)彎曲問題，相應(yīng)的組裝技術(shù)比其他帶引線的SMD組件更簡單。
?更好的電氣性能。由于BGA元件具有更短的引腳和更高的裝配完整性，因此它們具有更好的電氣性能，尤其適用于更高頻率范圍的情況。
?降低制造成本。由于BGA封裝占較小的裝配面積和較高的裝配密度，因此制造成本將降低。特別是隨著BGA封裝輸出的增加和更廣泛的應(yīng)用，降低制造成本顯而易見。
?更高的可靠性和更少的質(zhì)量缺陷。由于BGA封裝上的焊球正在實(shí)施焊接，因此熔化的焊球?qū)⒂捎诒砻鎻埩Χ詣?dòng)對準(zhǔn)。即使焊球和焊盤之間確實(shí)發(fā)生50％的誤差，也可以獲得優(yōu)異的焊接效果。

盡管BGA封裝有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，但在SMT組裝過程中會(huì)出現(xiàn)一些缺點(diǎn)，包括：
?難以檢查焊點(diǎn)。焊點(diǎn)檢查要求X射線檢查設(shè)備導(dǎo)致更高的成本。
?BGA返工需要克服更多困難。由于BGA元件通過陣列中分布的焊球組裝在電路板上，因此返工將更加困難。
?部分BGA封裝對濕度非常敏感，因此在應(yīng)用之前需要進(jìn)行脫水處理。

QFP和BGA之間的比較

在這部分中，QFP和BGA將通過幾個(gè)表進(jìn)行比較在互連密度，引腳間距，引腳數(shù)和組裝缺陷率方面。

表1 QFP和BGA之間的互連密度比較

表2 Pin Pitch和QFP和BGA之間的引腳數(shù)比較

表3 QFP與BGA之間的裝配缺陷率比較

表4 QFP與BGA之間的引線結(jié)構(gòu)比較 （注：√ - 優(yōu)秀;Ο - 良好;Δ - 普通）

之間的比較QFP和BGA

與傳統(tǒng)SMT組裝相比，BGA共享更簡單由于其大引腳間距和極佳的引腳共面性，裝配技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。 BGA組裝要求將在下面的這一部分討論。

?BGA的防潮原理

有些BGA組件非常敏感BGA芯室內(nèi)粘合劑中的環(huán)氧樹脂會(huì)產(chǎn)生濕度，這會(huì)吸收日常生活中的濕氣，隨后在環(huán)氧樹脂內(nèi)產(chǎn)生大的應(yīng)力而蒸發(fā)。水蒸氣將導(dǎo)致底部基部產(chǎn)生氣泡，導(dǎo)致核心室和基座之間出現(xiàn)裂縫。因此，在BGA組件應(yīng)用之前必須進(jìn)行除濕。由于技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們對除濕的日益關(guān)注，一些BGA封裝已達(dá)到合格的濕度敏感水平，可在30°C和60％RH的環(huán)境下放置48小時(shí)，焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生裂縫。例如，一些BGA元件CBGA（陶瓷球柵陣列）不再對濕度敏感。因此，應(yīng)根據(jù)BGA的分類，環(huán)境溫度和濕度對BGA實(shí)施除濕程序。此外，除濕必須根據(jù)包裝說明和保質(zhì)期進(jìn)行。

?BGA焊球涂層和印刷

BGA焊球通常為25mm * 0.0254mm高，直徑為30mm * 0.0254mm。不同類型的BGA組件具有不同的合金組成。一般來說，TBGA，CBGA和CGA依賴于具有高熔點(diǎn)的焊料，而大多數(shù)BGA依賴于具有低熔點(diǎn)的焊料。主要應(yīng)用高溫焊球來阻止焊球過度塌陷。 BGA焊球涂層和印刷是指將焊劑或焊膏涂在焊球上然后粘在PCB上的工藝，旨在消除焊盤上的氧化物，并通過熔化在焊球和PCB之間產(chǎn)生良好的連接焊接。

?BGA安裝

由于更大的引腳間距，BGA元件更容易安裝在PCB板上。到目前為止，一些高級(jí)貼片機(jī)可以安裝BGA組件。此外，由于BGA元件可以自對準(zhǔn)甚至50％的誤差仍然可以實(shí)現(xiàn)，因此安裝精度不會(huì)受到嚴(yán)格監(jiān)管。

?BGA的回流焊接

在回流焊爐中，BGA通過焊球或焊膏熔化形成連接。為了獲得良好的連接，有必要優(yōu)化烘箱內(nèi)的溫度曲線，優(yōu)化方法與其他SMD相當(dāng)。值得注意的是，應(yīng)該知道焊球成分，以確定回流焊的溫度曲線。

?BGA檢查

BGA檢查包括焊接質(zhì)量檢查和功能檢查。前者是指焊球和PCB焊盤的焊接質(zhì)量檢測。 BGA的布置模式增加了目視檢查的難度并且需要X射線檢查。功能檢查應(yīng)在在線設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，這相當(dāng)于使用其他類型的封裝進(jìn)行SMD測試。

?BGA返工

與BGA檢查類似，在BGA上進(jìn)行返工同樣困難，需要專業(yè)的返工工具和設(shè)備。在返工過程中，需要首先消除損壞的BGA，然后必須對涂有焊劑的PCB焊盤進(jìn)行修改。新的BGA需要進(jìn)行預(yù)處理，并且應(yīng)該進(jìn)行即時(shí)焊接。