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PBGA向FBGA改变历程当中的寻衅

宣布时间:2010年10月12日 12:10    宣布者:eetech
要害词: FBGA , PBGA , 改变历程
1 弁言

从20世纪80年月中前期泉源,电子产物正朝着便携式、小型化、群集化和多媒体化偏向生长,这类市场需求对电路封装手艺提出了照顾的请求,单元体积信息的前进和单元时间处置赏罚赏罚速率的前进成为促进微电子封装手艺生长的主要因素。

2 芯片封装手艺的生长

数十年来,芯片封装手艺一直追随着IC的生长而生长,一代IC就有照顾一代的封装手艺相合营,而SMT的生长,加倍促进芯片封装手艺赓续到达新的水平。

60、70年月的中、小规模IC,曾年夜量应用TO型封装,厥后又开发出DIP、PDIP,并成为这个时代的主导产物形式。80年月泛起了SMT,照顾的 IC封装形式开发出适于外面贴装短引线或无引线的LCCC、PLCC、SOP等结构。在此基础上,经十多年研制开发的QFP不只处置赏罚赏罚了LSI的封装效果,而且适于应用SMT在PCB或其他基板上外面贴装,使QFP事实成为SMT主导电子产物并延续至今。为了顺应电路组装密度的进一步前进,QFP的引脚间距现在已从1.27mm生长到了 0.3mm。由于引脚间距赓续镌汰,I/O数赓续增添,封装体积也赓续加年夜,给电路组装临盆带来了许多艰辛,招致制品率降低和组装资源的前进。此外一方面由于受器件引脚框架加工精度等制造手艺的限制,0.3mm曾经是QFP引脚间距的极限,这都限制了组装密度的前进。因此一种先进的芯片封装BGA(Ball Grid Array,焊球阵列)应运而生,浅易应用层压基板取代传统封装用的金属框架。它的I/O端子以圆形的合金锡球或铅锡球按阵列形式漫衍在封装下面,引线间距年夜,引线长度短。BGA手艺的优点是可增添I/O数和间距,扫除QFP手艺的高I/O数带来的临盆资源和可靠性效果。

BGA的兴起和生长虽然处置赏罚赏罚了QFP面临的艰辛,但它依然不克不及知足电子产物向加倍小型、更多功效、更高可靠性对电路组件的请求,也不克不及知足硅集成手艺生长对进一步前进封装效力和进一步靠近芯片本征传输速率的请求,以是更新的封装FBGA(Fine Pitch BGA、CSP、Chip Size Package)又泛起了,它的英文寄义是封装尺寸与裸芯片类似或封装尺寸比裸芯片稍年夜。FBGA(CSP)与BGA结构基本一样,只是锡球直径和球中央距镌汰了、更薄了,这样在类似封装尺寸时可有更多的I/O数,使组装密度进一步前进,可以说FBGA(CSP)是镌汰了的BGA。

正是由于这些没法较量的优点,才使FBGA(CSP)得以迅速生长并进入适用化阶段。从FBGA(CSP)近几年的生长趋势来看,FBGA(CSP)将取代QFP和部门BGA成为高I/O端子IC封装的主流,而且正愈来愈多地应用于移动德律风、数码录相机、条记本电脑等产物上。

3 PBGA与FBGA封装形式简介

STATS ChipPAC的PBGA封装(见图1)应用层压树脂线路板作为基板,而且可供应切合JEDEC尺度的种种尺寸和球数,以知足客户请求。这类封装形式供应给了客户一个异常有资源效益的先进封装处置赏罚赏罚妄图,与传统的框架封装形式相比,供应了更高的封装密度。

STATS ChipPAC的先进的设计和目的才干使得封装优化成为能够,以知足客户对电性能和热性能的最年夜需求。STATS ChipPAC经由历程结剖析熟的工艺和装备、质料清单,取得了有竞争力的及格率、产物可靠性和性能。PBGA封装类型已有成熟的绿色和无铅的质料清单可供选择。



STATS ChipPAC的FBGA(见图2)是一种以层压树脂线路板为基板的芯片及封装形式。它接纳的是全塑封并以低间距的锡球作为I/O口的毗连。FBGA封装减小了产物的形状尺寸和产物厚度,然则有更高的密度,这一特点使之成为高性能、便携式应用产物的的理想的先进手艺封装处置赏罚赏罚妄图。配之最新的质料和先进的工艺,可临盆出可靠的和有显着资源效益的产物。现有没有铅和无卤素的质料清单可供选择。STATS ChipPAc可供应宽规模的、切合JEDEC尺度的产物尺寸和厚度。例如:LFBGA(<1.70mm[尺度的<1.40mm])、 TFBGA(<1.20mm)、VFBGA(<1.00mm)、WFBGA(<0.80mm)和UFBGA(<0.55mm) 等。

表1和表2划排列出了PBGA和FBGA之间的特点和应用较量。







4 PBGA向FBGA封装改变中的寻衅

毫无疑问,异常的产物,若由FBGA替换PBGA封装,最年夜的寻衅无疑是旌旗暗记线之间的短路,特殊是关于高密度的产物,更是云云。从履历工艺水平来看,短路能够泉源于三个方面。

4.1 焊线之间的短路

焊线之间的短路是一切项目的最年夜风险所在。由于FBGA接纳的是矩阵式设计,一条层压基板设计成了多排多列的矩阵。在层压基板电镀工艺时,请求每个产物之间互联,虽然在做层压基板的断路/短路测试时,有些电镀线会被蚀刻断。但在焊线以后的断路/短路检测,依然是一个很年夜的难题。以是我们从资源角度推敲,在封装工艺中撤消断路/短路测试功效,而从封装工艺控制的角度和质料选择方面作了刷新。

(1)减小焊线线径,选择较硬材质的金线。然则这两点特点与其他工艺品行相互抵触。减小焊线直径,可以前进线间距,然则塑封时,更容易发生金线摇晃 (Wire Sweep)而招致线与线之间的短路,而且焊线的线弧控制也会变得不稳固。较硬材质的金线有助于抗金线摇晃,然则焊线时,须要更年夜的焊接功率和焊接力。对产物的质量和可靠性都是不小的威逼;

(2)选择较结实的机械线弧参数,应用优化参数控制线弧角度和高度;

(3)选择细腻填充剂的塑封树脂,并应用优化的塑封参数,有助于减小金线摇晃;

(4)焊线时,相邻的金线接纳曲折线弧,以增添线间距;进而,减小线与线之间短路风险。

4.2 锡球桥接

要类似的I/O端口,PBGA应用的锡球要比FBGA应用的锡球直径和锡球间距年夜50%以上。另外,浅易情形下,植球的装备在做PBGA产物时,每次植7颗产物;但做FBGA时,每次能够须要植24颗产物。以是,这对植球工艺提出了很年夜的寻衅。

处置赏罚赏罚措施:

(1)前进机械的真空才干,刷新机械吸球的稳固性;

(2)刷新Pickup Tool Ball Chamfer的设计;

(3)应用在线检测功效,在植球以后,回流之前,实时地检测球损掉落和球桥接的情形。

4.3 PCB内的电路短路

浅易情形下,假定类似的端口,PBGA的层压基板要比FBGA的层压基板的线宽和线间距要年夜。这样,FBGA就更能够发生线路之间的短路。

处置赏罚赏罚措施:

(1)接纳build-up的临盆工艺,阻拦光学检查;

(2)蚀刻断电镀总线,然后做基板级的断路/短路测试。

5 PBGA向FBGA封装形式改变的应用实例

5.1 PBGA和FBGA封装工艺流程的较量

基本上,PBGA与FBGA在工艺流程和装备上,只是断路/短路测试的差异。PBGA在塑封之前与塑封以后都可做电测试,但FBGA就只能在基板切割后做电测试了,见图3。




5.2 PBGA和FBGA封装质料的较量



5.3 PBGA和FBGA封装形式的基板框架设计

针对此实例,FBGA的基板临盆工艺要比PBGA严重年夜一些,单颗产物的工艺资源能够略高一些。但从整板的应用率来看,FBGA要比PBGA高3倍以上(见表4)。




5.4 PBGA和FBGA封装产物的形状图较量

两种产物的形状图划分如图6和图7所示。



本例中,单颗产物FBGA比PBGA面积上减小了73%,厚度仅为PBGA的61%(见表5)。




6 结论

经由工艺优化和质料的细腻选择,FBGA封装的事实产物划分以零弱点经由历程了Precon Level 4260℃,50h和100h的ubHAST,200x、500x和1000xTCB,和500h的Bake测试。封装和功效测试及格率划分为:99.70%和97.50%,可以阻拦商业化临盆。年夜批量产后,FBGA能够比PBGA封装的产物及格率略低0.5%~1.0%,但从质料方面看,FBGA要显着低于PBGA10%~30%。在一些工艺上,如贴片、塑封、基板切割等,机械的装备应用率也显着高于PBGA。更有竞争力的是,FBGA的体积要比PBGA小70%以上。以是关于一些产物,FBGA事实能够取代PBGA。
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