1概述

　　隨著電子產品向小型化、便攜化、網絡化和高性能方向的發展，對電路組裝技術和Ｉ／Ｏ引線數提出了更高的要求，芯片的體積越來越小，芯片的管腳越來越多，給生產和返修帶來了困難。原來ＳＭＴ中廣泛使用的ＱＦＰ（四邊扁平封裝），封裝間距的極限尺寸停留在０．３ｍｍ，這種間距其引線容易彎曲、變形或折斷，相應地對ＳＭＴ組裝工藝、設備精度、焊接材料提出嚴格的要求，即使如此，組裝窄間距細引線的ＱＦＰ，缺陷率仍相當高，最高可達６０００ｐｐｍ，使大范圍應用受到制約。近年出現的ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ 球柵陣列封裝器件），由于芯片的管腳不是分布在芯片的周圍而是分布在封裝的底面，實際是將封裝外殼基板原四面引出的引腳變成以面陣布局的ｐｂ／ｓｎ凸點引腳，這就可以容納更多的Ｉ／Ｏ數，且可以較大的引腳間距如１．５、１．２７ｍｍ代替ＱＦＰ的０．４、０．３ｍｍ，很容易使用ＳＭＴ與ＰＣＢ上的布線引腳焊接互連，因此不僅可以使芯片在與ＱＦＰ相同的封裝尺寸下保持更多的封裝容量，又使Ｉ／Ｏ引腳間距較大，從而大大提高了ＳＭＴ組裝的成品率，缺陷率僅為０．３?５ｐｐｍ，方便了生產和返修，因而ＢＧＡ元器件在電子產品生產領域獲得了廣泛使用。

　　隨著引腳數增加，對于精細引腳在裝配過程中出現的橋連、漏焊、缺焊等缺陷，利用手工工具很難進行修理，需用專門的返修設備并根據一定的返修工藝來完成。

　　２ ＢＧＡ元器件的種類與特性

　　２．１ ＢＧＡ元器件的種類

　　按封裝材料的不同，ＢＧＡ元件 主要有以下幾種：

　　ＰＢＧＡ（ｐｌａｓｔｉｃ ＢＧＡ?塑料封裝的ＢＧＡ）
　　ＣＢＧＡ（ｃｅｒａｍｉｃ ＢＧＡ?陶瓷封裝的ＢＧＡ）
　　ＣＢＧＡ?ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏｌｕｍｎ ＢＧＡ?陶瓷柱狀封裝的ＢＧＡ?
　　ＴＢＧＡ（ｔａｐｅ ＢＧＡ? 載帶狀封裝的ＢＧＡ）
　　ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ或μＢＧＡ）
　　ＰＢＧＡ是目前使用較多的ＢＧＡ，它使用６３Ｓｎ／３７Ｐｂ成分的焊錫球，焊錫的溶化溫度約為１８３°Ｃ。焊錫球直徑在焊接前直徑為０．７５毫米，回流焊以后，焊錫球高度減為０．４６－０．４１毫米。ＰＢＧＡ的優點是成本較低，容易加工，不過應該注意，由于塑料封裝，容易吸潮，所以對于普通的元件，在開封后一般應該在８小時內使用，否則由于焊接時的迅速升溫，會使芯片內的潮氣馬上氣化導致芯片損壞，有人稱此為“ 苞米花” 效應。按照ＪＥＤＥＣ的建議，ＰＢＧＡ芯片在拆封后必須使用的期限由芯片的敏感性等級決定（見表１）： 表1 PBGA芯片拆封后必須使用的期限
敏感性等級芯片拆封后置放環境條件拆封后必須使用的期限
1級=< 30 C , < 90% RH無限制
2級=< 30 C , < 60% RH1年
3級=< 30 C , < 60% RH168小時
4級=< 30 C , < 60% RH72小時
5級=< 30 C , < 60% RH24小時


　　ＣＢＧＡ焊球的成分為９０Ｐｂ／１０Ｓｎ ?它與ＰＣＢ連接處的焊錫成分仍為６３Ｓｎ／３７Ｐｂ
?? ＣＢＧＡ的焊錫球高度較ＰＢＧＡ高，因此它的焊錫溶化溫度較ＰＢＧＡ高，較ＰＢＧＡ不容易吸潮，且封裝的更牢靠。ＣＢＧＡ芯片底部焊點直徑要比ＰＣＢ上的焊盤大，拆除ＣＢＧＡ芯片后，焊錫不會粘在ＰＣＢ的焊盤上，見表２。
表2 PBGA與CBGA焊接錫球的區別
特性PBGACBGA
焊錫球成分63Sn/37Pb90Pb/10Sn
焊錫球溶化溫度183°C302°C
溶化前焊錫球直徑0.75毫米0.88毫米
溶化后焊錫球直徑0.4-0.5毫米0.88毫米


　　ＣＣＢＧＡ的焊錫柱直徑為０．５１毫米，柱高度為２．２毫米，焊錫柱間距一般為１．２７毫米，焊錫柱的成分是９０Ｐｂ／１０Ｓｎ。
　　ＴＢＧＡ的焊錫球直徑為０．７６毫米，球間距為１．２７毫米。與ＣＢＧＡ相比，ＴＢＧＡ對環境溫度要求控制嚴格，因芯片受熱時，熱張力集中在４個角，焊接時容易有缺陷。
　　ＣＳＰ芯片的封裝尺寸僅略大于裸芯片尺寸?不超過２０％?，這是ＣＳＰ與ＢＧＡ的主要區別。 ＣＳＰ較ＢＧＡ，除了體積小之外，還有更短的導電通路、更低的電抗性，更容易達到頻率為５００ＭＨｚ－６００ＭＨｚ的范圍。
　　2.2 BGA元器件的特性
　　ＣＣＢＧＡ的焊錫柱直徑為０．５１毫米，柱高度為２．２毫米，焊錫柱間距一般為１．２７毫米，焊錫柱的成分是９０Ｐｂ／１０Ｓｎ。

　　ＴＢＧＡ的焊錫球直徑為０．７６毫米，球間距為１．２７毫米。與ＣＢＧＡ相比，ＴＢＧＡ對環境溫度要求控制嚴格，因芯片受熱時，熱張力集中在４個角，焊接時容易有缺陷。

　　ＣＳＰ芯片的封裝尺寸僅略大于裸芯片尺寸?不超過２０％?，這是ＣＳＰ與ＢＧＡ的主要區別。 ＣＳＰ較ＢＧＡ，除了體積小之外，還有更短的導電通路、更低的電抗性，更容易達到頻率為５００ＭＨｚ－６００ＭＨｚ的范圍。
　　2.2 BGA元器件的特性
　　我們可以從不同為304管腳的QFP與BGA芯片的比較上看出BGA的優點：
　　我們可以從不同為304管腳的QFP與BGA芯片的比較上看出BGA的優點：
BGAQFP
　　封裝尺寸(平方毫米)5251600
　　腳間距(毫米)1.270.5
　　組裝損壞率(ppm/管肢)0.6100
　　元件管腳間信號干擾1.0X2.25X

　　概括起來，和ＱＦＰ相比，ＢＧＡ的特性主要有以下幾點：

　　１〕Ｉ／Ｏ引線間距大（如１．０，１．２７，１．５毫米），可容納的Ｉ／Ｏ數目大（如１．２７毫米間距的 ＢＧＡ在２５毫米邊長的面積上可容納３５０個Ｉ／Ｏ? 而０．５毫米間距的ＱＦＰ在４０毫米邊長的面積上只容納 ３０４個Ｉ／Ｏ）。
　　２〕封裝可靠性高（不會損壞管腳），焊點缺陷率低（＜１ｐｐｍ／焊點），焊點牢固。
　　３〕ＱＦＰ芯片的對中通常由操作人員用肉眼來觀察，當管腳間距小于０．４毫米時，對中與焊接十分困難。而ＢＧＡ芯片的腳間距較大，借助對中放大系統，對中與焊接都不困難。
　　４〕容易對大尺寸電路板加工絲網板。
　　５〕管腳水平面同一性較ＱＦＰ容易保證? 因為焊錫球在溶化以后可以自動補償芯片與ＰＣＢ之間的平面誤差。
　　６〕回流焊時，焊點之間的張力產生良好的自對中效果?允許有５０％的貼片精度誤差。
　　７〕有較好的電特性，由于引線短，導線的自感和導線間的互感很低，頻率特性好。