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隨著 IC 封裝技術(shù)向高密度、高性能、低成本的方向發(fā)展,陶瓷球柵陣列(CBGA,Ceramic Ball Grid Array)封裝已成為解決高密度、高可靠封裝的重要手段之一。艾邦建有陶瓷封裝全產(chǎn)業(yè)鏈微信群,歡迎陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)鏈上下游加入,請(qǐng)您識(shí)別二維碼加入。
一文了解陶瓷球柵陣列(CBGA)封裝
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1、BGA技術(shù)的發(fā)展

?BGA 技術(shù)的研究始于上個(gè)世紀(jì) 60 年代,最早被美國(guó)IBM公司采用,但一直到 90 年代初,BGA 才真正進(jìn)入實(shí)用化的階段。BGA 技術(shù)采用的是一種全新的設(shè)計(jì)思維方式,它采用將圓型或者柱狀點(diǎn)隱藏在封裝下面的結(jié)構(gòu),引線間距大、引線長(zhǎng)度短。這樣,BGA 就消除了窄節(jié)距(QFP 系列)器件中由于引線問(wèn)題而引起的共平面度和翹曲的問(wèn)題。

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圖 表面貼裝電子封裝的小型化趨勢(shì),從四邊引線扁平封裝 (QFP) 到球柵陣列封裝 (BGA) 和芯片尺寸級(jí)封裝 (CSP)
BGA 封裝現(xiàn)已發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的高密度封裝技術(shù)。它的 I/O 引線以圓形或柱狀焊點(diǎn)按陣列形式分布在封裝下面,引線間距大,引線長(zhǎng)度短,這樣 BGA 消除了精細(xì)間距器件中由于引線而引起的共面性和翹曲的問(wèn)題。BGA 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可增加 I/O 數(shù)和間距,消除 QFP 技術(shù)的高 I/O 數(shù)帶來(lái)的生產(chǎn)成本和可靠性問(wèn)題。

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圖 典型BGA封裝結(jié)構(gòu)示意圖
BGA 封裝主要用于高密度、高性能器件的封裝,主要適用于 PC 芯片組、微處理器/控制器、ASIC、門陣列、存儲(chǔ)器、DSP、FPGA 等器件的封裝。BGA 封裝按基板種類與結(jié)構(gòu)可分為塑封BGA(PBGA)、陶瓷 BGA (CBGA)、陶瓷焊柱 BGA(CCGA)、載帶 BGA 等。

2、陶瓷球柵陣列(CBGA)的特點(diǎn)

作為BGA的一種封裝形式,陶瓷球柵陣列(CBGA)的基板是多層陶瓷,金屬蓋板用密封焊料焊接在基板上,用以保護(hù)芯片、引線及焊盤。焊球材料為高溫共晶焊料10Sn90Pb(熔點(diǎn)300℃左右),焊球和封裝體的連接需使用低溫共晶焊料63Sn37Pb(熔點(diǎn)183℃),在焊接過(guò)程中,共晶釬料膏熔化,而焊球不熔化,保持接頭的高度,提高了接頭的可靠性。由于CBGA具有優(yōu)異的熱性能和電性能,同時(shí)具有良好的氣密性和抗?jié)駳庑阅芨撸且环N高可靠高性能的封裝,這使其在航空、航天、兵器、船舶等領(lǐng)域的電子設(shè)備中廣泛使用。

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圖 CBGA 封裝結(jié)構(gòu)

CBGA 封裝的主要優(yōu)點(diǎn)有:

(1)封裝與電路板互連的電感減小改善了電性能。

(2)散熱效率高,熱性能好。

(3)具有良好的密封性能,對(duì)濕氣不敏感。

(4)封裝組件的可靠性高,由于從可控塌陷芯片互連(Controcced Collapse Chip Connection,C4)直接擴(kuò)展而來(lái)。為面陣式倒裝互連建立的焊接疲勞的許多基本模型、方法和條件,都可直接應(yīng)用于 CBGA 的互連。

(5)封裝密度高(焊球?yàn)槿嚵蟹植?,適用于 I/O 數(shù)大于 250 的電子組裝應(yīng)用。

(6)共面性好,焊點(diǎn)成形容易,目前的共面性指標(biāo)要求為 0.1mm。
對(duì)于陶瓷球柵陣列封裝而言,由于陶瓷和印制電路板之間的熱脹冷縮引起的熱失配較大,從而使得在通電和斷電過(guò)程中因溫度變化而在焊點(diǎn)上引起很大的變形,其變形量受到焊點(diǎn)的幾何參數(shù)、焊盤尺寸以及焊球體積等因素的影響。

CBGA 封裝的主要缺點(diǎn)有:

(1)由于熱膨脹系數(shù)不同。因此和環(huán)氧樹脂印制電路板的熱匹配性差。焊點(diǎn)疲勞是主要失效形式;

(2)焊球在封裝體邊緣的對(duì)準(zhǔn)困難;

(3)封裝成本高。

表 CBGA 與 CCGA 的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

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由于 CBGA 封裝的復(fù)雜性以及相對(duì)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。CBGA 有優(yōu)異的熱性能和電性能,同時(shí)氣密性好,抗?jié)駳庑阅芨撸蚨庋b組件的長(zhǎng)期可靠性高,CBGA 工藝技術(shù)水平很高,系列產(chǎn)品化的 CBGA 產(chǎn)品的引腳數(shù)達(dá) 1000pin 以上,但由于 CBGA 實(shí)裝中存在 PCB 和多層陶瓷載體之間的熱膨脹系數(shù)不匹配問(wèn)題,從而在熱循環(huán)中造成封裝尺寸較大的 CBGA 焊點(diǎn)失效,一般認(rèn)為封裝體的尺寸小于 32mm×32mm 的 CBGA 封裝均可滿足熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)要求,而對(duì)應(yīng)較大尺寸的陶瓷封裝來(lái)說(shuō),國(guó)際上一般考慮陶瓷柱柵陣列(CCGA)封裝形式,CCGA 是 CBGA 的改進(jìn)型,它采用焊料圓柱陣列來(lái)替代 CBGA 的焊料球陣列,以提高其焊點(diǎn)的抗疲勞性能,這是因?yàn)橹鶢罱Y(jié)構(gòu)更能緩解由熱失配引起的陶瓷載體和PCB板之間的剪切應(yīng)力。與 CBGA 相比,CCGA 適用于更大尺寸的封裝和更多的 I/O 引腳數(shù),而且耐高溫、高壓。

資料來(lái)源:

1.BGA技術(shù)成為現(xiàn)代組裝技術(shù)的主流,鮮飛.

2.陶瓷陣列封裝的兩種形式及其接頭可靠性,張成敬,王春青.

3.CBGA(陶瓷球柵陣列)封裝關(guān)鍵工藝技術(shù)研究,尹學(xué)群.

4.Technology Readiness Overview: Ball Grid Array and Chip Scale Packaging,Reza Ghaffarian.
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推薦活動(dòng):【邀請(qǐng)函】第二屆陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)論壇(11月·石家莊)
第二屆陶瓷封裝產(chǎn)業(yè)論壇
The 2nd Ceramic Packages Industry Forum
2024年11月

河北·石家莊

一、會(huì)議議題

序號(hào)

暫定議題

擬邀請(qǐng)

1

集成電路陶瓷封裝的發(fā)展概況

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

2

光通信技術(shù)的發(fā)展及陶瓷封裝外殼的應(yīng)用趨勢(shì)

擬邀請(qǐng)光通信企業(yè)/封裝廠商/高校研究所

3

電子封裝陶瓷的研究進(jìn)展

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

4

陶瓷封裝技術(shù)在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

5

基于DPC的3D成型陶瓷封裝技術(shù)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

6

集成電路陶瓷封裝外殼仿真設(shè)計(jì)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

7

系統(tǒng)級(jí)封裝用陶瓷材料研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

8

基于3D-SiP集成技術(shù)的新型微波模塊

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

9

陶瓷封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化及可靠性分析

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

10

低溫玻璃-陶瓷封裝技術(shù)的研究進(jìn)展

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

11

低溫共燒陶瓷基板及其封裝應(yīng)用

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

12

微電子陶瓷封裝的金屬化技術(shù)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

13

高溫共燒陶瓷金屬化膜厚影響因素分析

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b廠商/高校研究所

14

銅漿在多層陶瓷封裝外殼制備技術(shù)中的應(yīng)用

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/漿料廠商/高校研究所

15

電子陶瓷封裝用玻璃粉的開(kāi)發(fā)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/玻璃粉廠商/高校研究所

16

金屬陶瓷膠黏劑封裝工藝及可靠性研究

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/材料廠商/高校研究所

17

陶瓷封裝外殼釬焊工藝研究

擬邀請(qǐng)釬焊設(shè)備企業(yè)/高校研究所

18

高密度陶瓷封裝外殼散熱問(wèn)題探討

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/材料廠商/高校研究所

19

陶瓷封裝平行縫焊工藝與技術(shù)

擬邀請(qǐng)?zhí)沾煞庋b/設(shè)備廠商/高校研究所

20

陶瓷封裝缺陷自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

擬邀請(qǐng)檢測(cè)方案商

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作者 gan, lanjie

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