ga封装形式及相关标准的调查研究报告.doc

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BGA/CCGA封装形式及相关标准的调研报告
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工业大学
概述
在当今信息时代，随着电子工业的迅猛发展，计算机、移动等产品日益普及。人们对电子产品的功能要求越来越多、对性能要求越来越强，而体积要求却越来越小、重量要求越来越轻。这就促使电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向发展。为实现这一目标，IC芯片的特征尺寸就要越来越小，复杂程度不断增加，于是，电路的I/O数就会越来越多，封装的I/O密度就会不断增加。为了适应这一发展要求，一些先进的高密度封装技术就应运而生，BGA(Ball Grid Array：焊球阵列封装技术)就是其中之一。目前BGA封装技术在小、轻、高性能封装中占据主要地位。与此同时，航空航天电子元器件除了向轻、小、高性能方向发展外，对可靠性的要求也日益增强，CCGA（Ceramic Column Grid Array：瓷柱栅阵列封装）作为一种高密度、高可靠性的面阵排布的表面贴装封装形式，近年来被广泛应用于以航空航天为代表的产品中。通过对BGA和CCGA器件功能特性和结构形式的了解，掌握器件基本信息，有助于提高器件在使用和返修过程中的可靠性。
BGA封装技术
BGA封装出现90年代初期，现已发展成为一项成熟的高密度封装技术。但是, 到目前为止该技术仅限于高密度、高性能器件的封装, 而且该技术仍朝着细节距、高I/O端数方向发展。BGA封装技术主要适用于PC芯片组、微处理器/ 控制器、ASIC、门阵、存储器、DSP、PDA、PLD等器件的封装。与传统的脚形贴装器件(Leaded Device如QFP、PLCC等)相比, BGA封装器件具有如下特点：
I/O数较多
BGA封装器件I/O数主要由封装体尺寸和焊球节距决定。由于BGA封装焊料球是以阵列形式排布在封装基片下面，因而可极提高器件的I/O数,缩小封装体尺寸, 节省组装占位空间。通常,在引线数相同的情况下,封装体尺寸可减小30%以上。例如:CBGA-49、BGA-320()分别与PLCC-44()和MQFP-304 ()相比，封装体尺寸分别缩小了84%和47%，如图1所示。
图1封装体尺寸对比
提高贴装成品率, 降低成本
传统的QFP、PLCC器件的引线脚均匀地分布在封装体的四周， mm、、、、。当I/O数越来越多时, 其节距就必须越来越小。，SMT设备的精度就难以满足要求。加之引线脚极易变形，从而导致贴装失效率增加。其BGA器件的焊料球是以阵列形式分布在基板的底部的，可排布较多的I/O数，、、，细节距BGA (fpBGA，也称CSP-BGA)，（可将其归为CSP封装）、、，与现有的SMT工艺设备兼容，其贴装失效率小于10ppm。
BGA的阵列焊球与基板的接触面大、短，有利于散热。
BGA阵列焊球的引脚很短，缩短了信号的传输路径，减小了引线电感、电阻，因而可改善电路的性能。
明显地改善了I/O端的共面性, 极减小了组装过程中因共面性差而引起的损耗。
BGA适用于MCM封装，能够实现MCM的高密度、高性能。
BGA和fpBGA都比细节距的脚形封装的IC牢固可靠。
PBGA介绍
BGA的封装类型多种多样, 其外形结构为方形或矩形。根据其焊料球的排布方式可分为周边型、交错型和全阵列型BGA；根据其基板的不同，主要分为三类:PBGA(Plastic ball grid array塑料焊球阵列)、CBGA/CCGA(ceramic ball/column grid array瓷焊球/柱阵列)、TBGA(tape ball grid array载带型焊球阵列)。
PBGA封装，一般使用线焊或倒装焊工艺，它采用BT树脂/玻璃层压板作为基板,以塑料(环氧模塑混合物)作为密封材料，焊球为共晶焊料63Sn37Pb或准共晶焊料62Sn36Pb2Ag(目前已有部分制造商使用无铅焊料)，焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料[2]。PBGA封装的结构示意图如图2。有一些PBGA封装为腔体结构，分为腔体朝上和腔体朝下两种。这种带腔体的PBGA是为了增强其散热性能，称之为热增强型BGA，简称EBGA，有的也称之为CPBGA(腔体塑料焊球阵