BGA返修站

01: θ角千分尺調(diào)節(jié)手柄

02: 上加熱頭

03: 17"工業(yè)顯示器

04: 總電源開關(guān)

05: 設(shè)備運(yùn)行指示燈

06: 電源開關(guān)

07: 外測熱電偶接口

08: 220V輸入電源線

09: USB接口(鍵盤鼠標(biāo)接口)

10: Y軸鎖定和微調(diào)旋鈕

11: 工作臺(下方有大面積的紅外預(yù)熱區(qū))

12: 板件V型卡槽

13: 急停按鈕

14: 上照明和下照明光亮調(diào)節(jié)旋鈕

15: FOCUS+和FOCUS-，相機(jī)調(diào)焦按鈕

16: ZOOM+和ZOOM-，相機(jī)視場縮放按鈕

17: 啟動按鈕和停止按鈕

18: X軸鎖定和微調(diào)旋鈕

18: 鍵盤鼠標(biāo)托盤

19: 下加熱頭(可用設(shè)備左側(cè)的旋鈕進(jìn)行升降調(diào)節(jié))

20: 圖像獲取單元

21: 工作照明燈

22: 上風(fēng)嘴和吸筆

分光學(xué)對位與非光學(xué)對位

光學(xué)對位--通過光學(xué)模塊采用裂棱鏡成像，LED照明方式，調(diào)整光場分布，使小芯片成像顯示與顯示器上。以達(dá)到光學(xué)對位返修。

非光學(xué)對位--則是通過肉眼將BGA根據(jù)PCB板絲印線及點(diǎn)對位，以達(dá)到對位返修。

針對不同大小的BGA原件進(jìn)行視覺對位，焊接、拆卸的智能操作設(shè)備，有效提高返修率生產(chǎn)率，大大降低成本。 BGA:BGA封裝內(nèi)存

BGA封裝(Ball Grid Array Package)的I/O端子以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面，BGA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是I/O引腳數(shù)雖然增加了，但引腳間距并沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率;雖然它

的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，從而可以改善它的電熱性能;厚度和重量都較以前的封裝技術(shù)有所減少;寄生參數(shù)減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高;組裝可用共面焊接，可靠性高。

BGA封裝技術(shù)可詳分為五大類:

1.PBGA(Plasric BGA)基板:一般為2-4層有機(jī)材料構(gòu)成的多層板。Intel系列CPU中，Pentium II、III、IV處理器均采用這種封裝形式。

2.CBGA(CeramicBGA)基板:即陶瓷基板，芯片與基板間的電氣連接通常采用倒裝芯片(FlipChip，簡稱FC)的安裝方式。Intel系列CPU中，Pentium I、II、Pentium Pro處理器均采用過這種封裝形式。

3.FCBGA(FilpChipBGA)基板:硬質(zhì)多層基板。

4.TBGA(TapeBGA)基板:基板為帶狀軟質(zhì)的1-2層PCB電路板。

5.CDPBGA(Carity Down PBGA)基板:指封裝中央有方型低陷的芯片區(qū)(又稱空腔區(qū))。

說到BGA封裝就不能不提Kingmax公司的專利TinyBGA技術(shù)，TinyBGA英文全稱為Tiny Ball Grid Array(小型球柵陣列封裝)，屬于是BGA封裝技術(shù)的一個分支。是Kingmax公司于1998年8月開發(fā)成功的，其芯片面積與封裝面積之比不小于1:1.14，可以使內(nèi)存在體積不變的情況下內(nèi)存容量提高2~3倍，與TSOP封裝產(chǎn)品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。

BGA主要有四種基本類型:PBGA、CBGA、CCGA和TBGA，一般都是在封裝體的底部連接著作為I/O引出端的焊球陣列。這些封裝的焊球陣列典型的間距為1.0mm、1.27mm、1.5mm，焊球的鉛錫組份常見的主要有63Sn/37Pb和90Pb/10Sn兩種，焊球的直徑由于沒有這方面相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)而各個公司不盡相同。從BGA的組裝技術(shù)方面來看，BGA有著比QFP器件更優(yōu)越的特點(diǎn)，其主要體現(xiàn)在BGA器件對于貼裝精度的要求不太嚴(yán)格，理論上講，在焊接回流過程中，即使焊球相對于焊盤的偏移量達(dá)50%之多，也會由于焊料的表面張力作用而使器件位置得以自動校正，這種情況經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明是相當(dāng)明顯的。其次，BGA不再存在類似QFP之類器件的引腳變形問題，而且BGA還具有相對QFP等器件較良好的共面性，其引出端間距與QFP相比要大得多，可以明顯減少因焊膏印刷缺陷導(dǎo)致焊點(diǎn)"橋接"的問題;另外，BGA還有良好的電性能和熱特性，以及較高的互聯(lián)密度。BGA的主要缺點(diǎn)在于焊點(diǎn)的檢測和返修都比較困難，對焊點(diǎn)的可靠性要求比較嚴(yán)格，使得BGA器件在很多領(lǐng)域的應(yīng)用中受到限制。

BGA的全稱是Ball Grid Array(球柵陣列結(jié)構(gòu)的PCB)，它是集成電路采用有機(jī)載板的一種封裝法。它具有:①封裝面積減少②功能加大，引腳數(shù)目增多③PCB板溶焊時能自我居中，易上錫④可靠性高⑤電性能好，整體成本低等特點(diǎn)。有BGA的PCB板一般小孔較多，大多數(shù)客戶BGA下過孔設(shè)計(jì)為成品孔直徑8~12mil，BGA處表面貼到孔的距離以規(guī)格為31.5mil為例，一般不小于10.5mil。BGA下過孔需塞孔，BGA焊盤不允許上油墨，BGA焊盤上不鉆孔。- S% X. i: E% h5 O% X* o" ?# _我們公司目前對BGA下過孔塞孔主要采用工藝有:①鏟平前塞孔:適用于BGA塞孔處阻焊單面露出或部分露出，若兩種塞孔孔徑相差1.5mm時，則無論是否阻焊兩面覆蓋均采用此工藝;②阻焊塞孔:應(yīng)用于BGA塞孔處阻焊兩面覆蓋的板;③整平前后的塞孔:用于厚銅箔板或其他特殊需要的板。所塞鉆孔尺寸有:0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55mm共7種。# T4 Z* |" c4 R在CAM制作中BGA應(yīng)做怎樣處理呢?' e+ d; L5 [4 h( Z, O# _3 j# F一、外層線路BGA處的制作:- Z4 Q8 p, g6 P6 ~: F1 p" X% a( c在客戶資料未作處理前，先對其進(jìn)行全面了解，BGA的規(guī)格、客戶設(shè)計(jì)焊盤的大小、陣列情況、BGA下過孔的大小、孔到BGA焊盤的距離，銅厚要求為1~1.5盎司的PCB板，除了特定客戶的制作按其驗(yàn)收要求做相應(yīng)補(bǔ)償外，其余客戶若生產(chǎn)中采用掩孔蝕刻工藝時一般補(bǔ)償2mil，采用圖電工藝則補(bǔ)償2.5mil，規(guī)格為31.5mil BGA的不采用圖電工藝加工;當(dāng)客戶所設(shè)計(jì)BGA到過孔距離小于8.5mil，而BGA下過孔又不居中時，可選用以下方法:( i* H! i. o/ Q7 M可參照BGA規(guī)格、設(shè)計(jì)焊盤大小對應(yīng)客戶所設(shè)計(jì)BGA位置做一個標(biāo)準(zhǔn)BGA陣列，再以其為基準(zhǔn)將需校正的BGA及BGA下過孔進(jìn)行拍正，拍過之后要與原未拍前備份的層次對比檢查一下拍正前后的效果，如果BGA焊盤前后偏差較大，則不可采用，只拍BGA下過孔的位置。! W, {+ f/ x2 G二、BGA阻焊制作: 8 A) ^/ ?% b. D7 T: c1、BGA表面貼阻焊開窗:與阻焊優(yōu)化值一樣其單邊開窗范圍為1.25~3mil，阻焊距線條(或過孔焊盤)間距大于等于1.5mil; ( p/ s: ^5 @, Z' z2、BGA塞孔模板層及墊板層的處理:! A" N( l% Q& V2 F$ y. Q4 L①制做2MM層:以線路層BGA焊盤拷貝出為另一層2MM層并將其處理為2MM范圍的方形體，2MM中間不可有空白、缺口(如有客戶要求以BGA處字符框?yàn)槿追秶?，則以BGA處字符框?yàn)?MM范圍做同樣處理)，做好2MM實(shí)體后要與字符層BGA處字符框?qū)Ρ纫幌?，二者取較大者為2MM層。) T$ f4 e- X; U% l0 Q②塞孔層(JOB.bga):以孔層碰2MM層(用面板中Actionsàreference selection功能參考2MM層進(jìn)行選擇)，參數(shù)Mode選Touch，將BGA 2MM范圍內(nèi)需塞的孔拷貝到塞孔層，并命名為:JOB.bga(注意，如客戶要求BGA處測試孔不作塞孔處理，則需將測試孔選出，BGA測試孔特征為:阻焊兩面開滿窗或單面開窗)。7 c7 z" j" b. e3 Y7 g* e5 ]③拷貝塞孔層為另一墊板層(JOB.sdb)。* A8 _; t2 B- G% R. y④按BGA塞孔文件調(diào)整塞孔層孔徑和墊板層孔徑。4 \* e, {1 D! e6 r/ v* [三、BGA對應(yīng)堵孔層、字符層處理:5 j* C% S, w3 }' w g①需要塞孔的地方，堵孔層兩面均不加擋點(diǎn);) p2 m1 t2 x/ U) \* G4 s②字符層相對塞孔處過孔允許白油進(jìn)孔。5 K1 {0 M# G5 |7 y* M' y以上步驟完成后，BGA CAM的單板制作就完成了，這只是BGA CAM的單板制作情況，其實(shí)由于電子信息產(chǎn)品的日新月異，PCB行業(yè)的激烈競爭，關(guān)于BGA塞孔的制作規(guī)程是經(jīng)常在更換，并不斷有新的突破。這每次的突破，使產(chǎn)品又上一個臺階，更適應(yīng)市場變化的要求。我們期待更優(yōu)越的關(guān)于BGA塞孔或其它的工藝出爐。

CBGA技術(shù)的發(fā)展沒有太大的困難，其主要的挑戰(zhàn)在于如何使CBGA在電子組裝行業(yè)的各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。首先必須要能保證CBGA封裝在大批量生產(chǎn)工業(yè)環(huán)境中的可靠性，其次CBGA封裝的費(fèi)用必須要能和其它BGA封裝相比擬。由于CBGA封裝的復(fù)雜性以及相對高的費(fèi)用，使得CBGA被局限應(yīng)用于高性能、高I/O數(shù)要求的電子產(chǎn)品。此外，由于CBGA封裝的重量要比其它類型BGA封裝大，所以在便攜式電子產(chǎn)品中的應(yīng)用也受到限制。

1.3 CCGA(Ceramic Cloumn Grid Array陶瓷柱柵陣列)

CCGA也稱SCC(Solder Column Carrier)，是CBGA在陶瓷體尺寸大于32mm×32mm時的另一種形式(見圖5)，和CBGA不同的是在陶瓷載體的下表面連接的不是焊球而是90Pb/10Sn的焊料柱，焊料柱陣列可以是完全分布或部分分布的，常見的焊料柱直徑約0.5mm，高度約為2.21mm，柱陣列間距典型的為1.27mm。CCGA有兩種形式，一種是焊料柱與陶瓷底部采用共晶焊料連接，另一種則采用澆鑄式固定結(jié)構(gòu)。CCGA的焊料柱可以承受因PCB和陶瓷載體的熱膨脹系數(shù)TCE不匹配產(chǎn)生的應(yīng)力，大量的可靠性試驗(yàn)證實(shí)封裝體尺寸小于44mm×44mm的CCGA均可以滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)熱循環(huán)試驗(yàn)規(guī)范。CCGA的優(yōu)缺點(diǎn)和CBGA非常相似，唯一的明顯差異是CCGA的焊料柱比CBGA的焊球在組裝過程中更容易受到機(jī)械損傷。有些電子產(chǎn)品已經(jīng)開始應(yīng)用CCGA封裝，但是I/O數(shù)在626~1225之間的CCGA封裝暫時尚未形成批量生產(chǎn)，I/O數(shù)大于2000的CCGA封裝仍在開發(fā)中。

圖5CCGA(Ceramic Cloumn Grid Array陶瓷柱柵陣列)

1.4 TBGA(Tape Ball Grid Array載帶球柵陣列)

圖6 TBGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)

TBGA又稱為ATAB(Araay Tape Automated Bonding)，是BGA的一種相對較新的封裝類型(見圖6)。TBGA的載體是銅/聚酰亞胺/銅雙金屬層帶，載體的上表面分布有信號傳輸用的銅導(dǎo)線，而另一面則作為地層使用。硅片與載體之間的連接可以采用倒裝片技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)硅片與載體的連接完成后，對硅片進(jìn)行包封以防止受到機(jī)械損傷。載體上的過孔起到了連通兩個表面、實(shí)現(xiàn)信號傳輸?shù)淖饔?，焊球通過采用類似金屬絲壓焊的微焊接工藝連接到過孔焊盤上形成焊球陣列。在載體的頂面用膠連接著一個加固層，用于給封裝體提供剛性和保證封裝體的共面性。在倒裝硅片的背面一般用導(dǎo)熱膠連接著散熱片，給封裝體提供良好的熱特性。TBGA的焊球組份為90Pb/10Sn，焊球直徑約為0.65mm，典型的焊球陣列間距有1.0mm、1.27mm、1.5mm幾種，TBGA與PCB之間的組裝所采用的為63Sn/37Pb共晶焊料。TBGA也可以利用現(xiàn)有的表面安裝設(shè)備和工藝，采用與CBGA相似的組裝方法進(jìn)行組裝。

常用的TBGA封裝的I/O數(shù)小于448，TBGA736等產(chǎn)品已上市，國外一些大公司正在開發(fā)I/O數(shù)大于1000的TBGA。

TBGA封裝的優(yōu)點(diǎn)在于:

①比其它大多數(shù)BGA封裝類型更輕更小(尤其是I/O數(shù)較高的封裝)。

②具有比QFP和PBGA封裝更優(yōu)越的電性能。

③可適于批量電子組裝。

此外，這種封裝采用高密度的倒裝片形式實(shí)現(xiàn)硅片與載體的連接，使TBGA具有信號噪聲小等很多優(yōu)點(diǎn)，由于印制板和TBGA封裝中加固層的熱膨脹系數(shù)TCE基本上是相互匹配的，所以對組裝后TBGA焊點(diǎn)可靠性的影響并不大，TBGA封裝遇到的最主要問題是潮氣的吸收對封裝的影響。

TBGA應(yīng)用遇到的問題是如何才能在電子組裝領(lǐng)域中占有一席之地，首先TBGA的可靠性必須能在批量生產(chǎn)環(huán)境中予以證實(shí)，其次TBGA封裝的費(fèi)用必須要能和PBGA封裝相比擬。由于TBGA的復(fù)雜性和相對高的封裝費(fèi)用，TBGA主要用于高性能、高I/O數(shù)的電子產(chǎn)品。

2 Flip Chip :

和其它表面安裝器件不同，倒裝片無封裝，互聯(lián)陣列分布于硅片的表面，取代了金屬絲壓焊連接形式，硅片直接以倒扣方式安裝到PCB上。倒裝片不再需要從硅片向四周引出I/O端，互聯(lián)的長度大大縮短，減小了RC延遲，有效地提高了電性能。倒裝片連接有三種主要類型:C4、DC4和FCAA。

2.1 C4(Controlled Collapse Chip Connection可控坍塌芯片連接)

圖7 C4結(jié)構(gòu)形式

C4是類似超細(xì)間距BGA的一種形式(見圖7)。與硅片連接的焊球陣列一般的間距為0.203~0.254mm，焊球直徑為0.102~0.127mm，焊球組份為97Pb/3Sn，這些焊球在硅片上可以呈完全分布或部分分布。由于陶瓷可以承受較高的回流溫度，因此陶瓷被用來作為C4連接的基材，通常是在陶瓷的表面上預(yù)先分布有鍍Au或Sn的連接盤，然后進(jìn)行C4形式的倒裝片連接。

C4連接不能使用現(xiàn)有的組裝設(shè)備和工藝進(jìn)行組裝，因?yàn)?7Pb/3Sn焊球的熔化溫度是320℃，且在這種采用C4連接的互聯(lián)結(jié)構(gòu)中不存在其它組份的焊料。在C4連接中，取代了焊膏漏印，而是采用印刷高溫助焊劑的方式，首先將高溫助焊劑印刷到基材的焊盤或硅片的焊球上，然后硅片上的焊球和基材上相應(yīng)焊盤精確對位，通過助焊劑提供足夠的粘附力來保持相對位置并直到回流焊接完成。C4連接采用的回流溫度為360℃，在該溫度下焊球熔化，硅片處于"懸浮"狀態(tài)，由于焊料表面張力的作用，硅片會自動校正焊球和焊盤的相對位置，最終焊料坍塌至一定的高度形成連接點(diǎn)。C4連接方式主要應(yīng)用于CBGA和CCGA封裝中，此外，有些廠家在陶瓷多芯片模塊(MCM-C)應(yīng)用中也使用這種技術(shù)。采用C4連接的I/O數(shù)在1500以下，一些公司預(yù)期開發(fā)的I/O數(shù)將超過3000。

C4連接的優(yōu)點(diǎn)在于:

1)具有優(yōu)良的電性能和熱特性。

2)在中等焊球間距的情況下，I/O數(shù)可以很高。

3)不受焊盤尺寸的限制。

4)可以適于批量生產(chǎn)。

5)可大大減小尺寸和重量。

此外，C4連接在硅片和基材之間只有一個互聯(lián)界面，可提供最短的、干擾最小的信號傳遞通道，減少的界面數(shù)量使得結(jié)構(gòu)更簡單，并且可靠性更高。C4連接在技術(shù)上還存在很多挑戰(zhàn)，真正應(yīng)用于電子產(chǎn)品還有一定的難度。C4連接方式只能適用于陶瓷基材，它們將在高性能、高I/O數(shù)的產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，例如CBGA、CCGA和MCM-C等。

2.2 DCA(Direct Chip Attach直接芯片連接)

DCA和C4類似，是一種超細(xì)間距連接(見圖8)。DCA的硅片和C4連接中的硅片結(jié)構(gòu)相同，兩者之間的唯一區(qū)別在于基材的選擇，DCA采用的基材是典型的印制材料。DCA的焊球組份是97Pb/3Sn，連接焊接盤上的焊料是共晶焊料(37Pb/63Sn)。對于DCA，由于間距僅為0.203~0.254mm，共晶焊料漏印到連接焊盤上相當(dāng)困難，所以取代焊膏漏印這種方式，在組裝前給連接焊盤頂鍍上鉛錫焊料，焊盤上的焊料體積要求十分嚴(yán)格，通常要比其它超細(xì)間距元件所用的焊料多。在連接焊盤上0.051~0.102mm厚的焊料由于是預(yù)鍍的，一般略呈圓頂狀，必須要在貼片前整平，否則會影響焊球和焊盤的可靠對位。

圖8 DCA結(jié)構(gòu)形式

這種連接方式可以用表面安裝設(shè)備和工藝實(shí)現(xiàn)。首先，助焊劑通過印刷方式被分配到硅片上，然后進(jìn)行硅片的貼裝，最后回流焊接。DCA組裝采用的回流溫度約220℃，低于焊球的熔點(diǎn)但高于連接焊盤上的共晶焊料熔點(diǎn)，硅片上焊球的作用相當(dāng)于剛性支撐，回流之后共晶焊料熔化，在焊球與焊盤之間形成焊點(diǎn)連接。對于這種采用兩種不同的Pb/Sn組份形成的焊點(diǎn)，在焊點(diǎn)中兩種焊料的界面實(shí)際并不明顯，而是形成從97Pb/3Sn到37Pb/63Sn的光滑過渡區(qū)域。由于焊球的剛性支撐作用，DCA組裝中焊球不"坍塌"，但還具有自校正特性。DCA已經(jīng)開始得到應(yīng)用，I/O數(shù)主要在350以下，一些公司計(jì)劃開發(fā)的I/O數(shù)超過500。這種技術(shù)發(fā)展的動力不是更高的I/O數(shù)，而主要是著眼于尺寸、重量和費(fèi)用的減小。DCA的特點(diǎn)和C4非常相似，由于DCA可以利用現(xiàn)有的表面安裝工藝實(shí)現(xiàn)與PCB的連接，所以能采用這種技術(shù)的應(yīng)用很多，尤其是在便攜式電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。

然而并不能夸大DCA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在DCA技術(shù)的發(fā)展過程中仍有許多技術(shù)挑戰(zhàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中使用這種技術(shù)的組裝廠家為數(shù)并不多，他們都在努力提高工藝水平，以擴(kuò)大DCA的應(yīng)用。由于DCA連接把那些和高密度相關(guān)的復(fù)雜性轉(zhuǎn)移到PCB上，所以給PCB的制造增加了難度，此外，專門生產(chǎn)帶有焊球的硅片的廠家為數(shù)不多，在組裝設(shè)備、工藝等各方面仍存在著很多值得關(guān)注的問題，只有這些問題得到了解決，才能推動DCA技術(shù)的發(fā)展。

2.3 FCAA(Flip Chip Adhesive Attachment倒裝片膠連接)

FCAA連接存在多種形式，當(dāng)前仍處于初期開發(fā)階段。硅片與基材之間的連接不采用焊料，而是用膠來代替。這種連接中的硅片底部可以有焊球，也可以采用焊料凸點(diǎn)等結(jié)構(gòu)。FCAA所用的膠包括各向同性和各向異性等多種類型，主要取決于實(shí)際應(yīng)用中的連接狀況。另外，基材的選用通常有陶瓷、印制板材料和柔性電路板等。這種技術(shù)目前尚未成熟，在這里就不作更多的闡述。