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PCB线路板封装之BGA

  自1995年Motorola推行"球脚格列封装体"之半导体元件以来,在高脚数IC的封装领域中,已席卷天下毫无对手,连Intel当年的Pentium中央处理器(CPU),其320脚的QFP四面伸脚之封装法,也不得不俯首称臣,顺应潮流改成为P-BGA式的PentiumⅡ。如今的BGA封装元件不但一路缩小到脚距只有0.5mm与0.4mm的CSP,而且从单一晶片複杂到了多晶片重叠的封装,更加入了被动元件与複杂佈线,进而成为浓缩版本次级系统构装的SIP,依然採用"格列式球脚"在各种主系统板面上进行组装。

  一、採BGA封装方式之IC有三大好处:

  外形坚固、体积小密度高路径短、以及杂讯少电性好等优点。常见之P-BGA可耐6-8W之功率,加装散热片者更可耐到30W。

  二、各种採BGA方式封装之元件中,16—64脚者占半数以上

  208脚以上者只占5%。常见者脚距或球距多在0.65mm至1.27mm之间。现行密距量产者其球距已逼近到0.5mm及0.4mm,目前试产中最密者为0.3mm,其于PCB板面的贴装将非常辛苦。

  三、一般球径约占球距的60%

  对于密距者之球径则亦应固定为0.3mm。腹底外围1-3环的球脚多设为讯号球,一则因佈线容易自方阵中逃出,二则因其焊接可靠度较好而得减少功能的失效(但四角不宜设球〕。难焊的内球只敢做为无逃线的电源、接地、与散热之用。

  四、现行封装形式并已成为各式次系统模组之范本

  大型複杂互连载具,可搭载多枚晶片(包括迭晶)与被动元件,特称为MDS,其大型高功能者竟达1700脚之多。为了方便腹底之清洁与绝缘起见,其组装后之架高应保持在0.4-0.5mm以上。

  五、各式BGA腹底在N2中之植球

  为保证其体积与共面性之稳定起见(须在3-6%之内),特採用高黏性助焊剂做为暂时定位与永久焊牢之佐料,而不能使用对高度变化较多的鍚膏。事实上此植球阶段之载板即易发生弯翘,各球脚之共面性要求平均为0.15mm。因而BGA后续之组装最好也不要安置在PCB的正中心线上,以防组板再度弯翘而失去共面性。现用球料为Sn63,自2006年7月起须改用无铅銲锡(以SAC305为主),其自我回正之性能将会劣化。

  六、载板顶面之安晶打线作业

  其工作表面必须电镀镍与电镀金层。连带使得载板底面球垫上也只好镀镍镀金。为防止焊接中的金脆起见,黄金厚度以10μm为宜,绿漆设限所爬上承垫边缘的宽度约为0.1mm。

  七、组装焊接之困难甚多

  例如目检,湿敏水淮MSL,重工、成本、供应鍊、与Voiding〈空洞)等。一旦P-BGA封装器件吸水后,高温中经常会发生弯翘;否则易出现胀大、曝米花、与开裂,背有散热片者更容易出现上弯,常使得角球翘高而焊不好、260℃以上还会更加危险。

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