光电子元件将迈进封装世界
发布时间:2016/9/14 访问人数:1332次
BGA的封装类型多种多样,其外形结构为方形或矩形。根据其焊料球的排布方式可分为周边型、交错型和全阵列型BGA,根据其基板的不同,主要分为三类:PBGA(PlasticballZddarray塑料焊球阵列)、CBGA(ceramicballSddarray陶瓷焊球阵列)、TBGA(tapeballgridarray载带型焊球阵列)。
1、PBGA(塑料焊球阵列)封装
PBGA封装,它采用BT树脂/玻璃层压板作为基板,以塑料(环氧模塑混合物)作为密封材料,焊球为共晶焊料63Sn37Pb或准共晶焊料62Sn36Pb2Ag(已有部分制造商使用无铅焊料),焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料。有一些PBGA封装为腔体结构,分为腔体朝上和腔体朝下两种。这种带腔体的PBGA是为了增强其散热性能,称之为热增强型BGA,简称EBGA,有的也称之为CPBGA(腔体塑料焊球阵列)。PBGA封装的优点如下:
1)与PCB板(印刷线路板-通常为FR-4板)的热匹配性好。PBGA结构中的BT树脂/玻璃层压板的热膨胀系数(CTE)约为14ppm/℃,PCB板的约为17ppm/cC,两种材料的CTE比较接近,因而热匹配性好。
2)在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用,即熔融焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求。
3)成本低。
4)电性能良好。
PBGA封装的缺点是:对湿气敏感,不适用于有气密性要求和可靠性要求高的器件的封装。
2、CBGA(陶瓷焊球阵列)封装
在BGA封装系列中,CBGA的历史最长。它的基板是多层陶瓷,金属盖板用密封焊料焊接在基板上,用以保护芯片、引线及焊盘。焊球材料为高温共晶焊料10Sn90Pb,焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料63Sn37Pb。标准的焊球节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm。
CBGA(陶瓷焊球阵列)封装的优点如下:
1)气密性好,抗湿气性能高,因而封装组件的长期可靠性高。
2)与PBGA器件相比,电绝缘特性更好。
3)与PBGA器件相比,封装密度更高。
4)散热性能优于PBGA结构。
CBGA封装的缺点是:
1)由于陶瓷基板和PCB板的热膨胀系数(CTE)相差较大(A1203陶瓷基板的CTE约为7ppm/cC,PCB板的CTE约为17ppm/笔),因此热匹配性差,焊点疲劳是其主要的失效形式。
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2)与PBGA器件相比,封装成本高。
3)在封装体边缘的焊球对准难度增加。
3、CCGA(ceramiccolumnSddarray)陶瓷柱栅阵列
CCGA是CBGA的改进型。二者的区别在于:CCGA采用直径为0.5mm、高度为1.25mm~2.2mm的焊料柱替代CBGA中的0.87mm直径的焊料球,以提高其焊点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB板之间的剪切应力。
4、TBGA(载带型焊球阵列)
TBGA是一种有腔体结构,TBGA封装的芯片与基板互连方式有两种:倒装焊键合和引线键合。倒装焊键合结构;芯片倒装键合在多层布线柔性载带上;用作电路I/O端的周边阵列焊料球安装在柔性载带下面;它的厚密封盖板又是散热器(热沉),同时还起到加固封装体的作用,使柔性基片下面的焊料球具有较好的共面性。
TBGA的优点如下:
1)封装体的柔性载带和PCB板的热匹配性能较
2)在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用,
印焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求。
3)是最经济的BGA封装。
4)散热性能优于PBGA结构。
TBGA的缺点如下:
1)对湿气敏感。
2)不同材料的多级组合对可靠性产生不利的影响。
5、其它的BGA封装类型
随着IC器件尺寸不断缩小和运算速度的不断提高,封装技术已成为极为关键的技术。封装形式的优劣已影响到IC器件的频率、功耗、复杂性、可靠性和单位成本,特别是当工业和消费类电子产品的小型化与低功耗都迫切需要一种新的封装技术。
SIP立体封装集成电路行业是整个集成电路产业中一个新兴的重要分支,也是一个重要的发展方向。由于目前该行业还处于初期发展阶段,国内外封装公司基本上站在同一起跑线上。这就给国内封装企业提供了难得的发展机遇。截止目前,包括江苏长电、南通富士通、无锡华润安盛等国内封装企业的SIP立体封装技术均已经成熟,但是大多数企业还受产能的限制。于是,这就催生了一些器件自己投资建立先进SIP封装生产线,更多地为自身电子器件的差异化与提高附加值服务,如珠海欧比特、钜景、上海柏斯高等公司,他们的SIP封装技术均处于国际领先地位。
SIP立体封装技术满足我国航空、航天、国防领域对高端器件的迫切需求
随着计算机网络通信领域技术的迅猛发展, 我国航空航天、国防电子等领域对高可靠、高性能、小型化、长寿命的SOC、SIP等产品的市场需求迫切,但这些产品目前仍主要依赖进口。而且,部分高性能的芯片产品长期处于被国外实行技术封锁和产品禁运的状态。新时期国防电子装备针对多功能、小型化电子整机的计算机系统芯片提出新的需求,必须达到多功能和微型化的条件。
据欧比特公司副总经理黄小虎介绍,目前可能通过如下两条途径来满足这个要求的。一是SoC(System-on-chip),即系统级芯片,在一个芯片上集成数字电路、模拟电路、RF、存储器和接口电路等多种电路,以实现图像处理、语音处理、通讯功能和数据处理等多种功能。另一种是SiP(System-in-package),即系统级封装,在一个封装中组合多种IC芯片和多种电子元器件(如分立元器件和埋置元器件),以实现与SoC同等的多种功能。
为此,珠海欧比特公司于2008年启动了专用SIP立体封装工艺的研究与开发,目的是要从根本上解决我国航空、航天及武器系统电子装备核心技术受制于人的局面,通过研制出具有高性能、高可靠、小型化、抗辐照的大容量存储芯片、专用模块芯片、嵌入式计算机系统模块芯片,打破国外对我国的技术封锁和产品禁运,确保的安全性、可控性和先进性。
如今,使用了这项专门针对特种电子装备SIP立体封装技术的电子器件,已经具备了可靠的量产水平并大量供应客户。
SiP技术助力打造生活化可穿戴设备
SIP封装技术并不是工业应用的专利,其实以手机为代表的小型消费类电子产品,都是SIP封装技术的广阔舞台。
移动科技愈来愈多样化,手表、眼镜、手环、戒指、衣服等不同形态的贴身产品,除了是光鲜亮丽的配件外,在系统微型化技术的突破以及应用软体的整合下,能让更多的智能功能隐藏于物件的原尺寸空间中。
钜景科技Logic SiP事业处协理周儒聪
钜景科技Logic SiP事业处协理周儒聪表示,系统级封装(SiP)微型化技术能优化可穿戴设备小尺寸特性,让使用设备能更贴近日常生活使用情境。例如过去搭载微投影的可穿戴显示器概念在10几年前就有产品推出,不过设备体积过大,再加上网路尚未发达及没有适合的搭配平台,因此在当时未成为亮点产品。如今运用SiP系统微型化设计,能整合多样的功能在可穿戴设备上,在不改变外观条件下,又能增加产品的可携性、无线化及即时性的优势,以创造出具智能化的使用价值,而SiP也成为可穿戴设备进入生活化的核心技术。
目前系统厂在设计智能可穿戴设备时,主要面临的挑战是如何将众多的需求功能全部放入极小的空间内。以智能眼镜为例,在硬体设计部分就须要考量无线通讯、应用处理器(AP)、储存记忆体、摄影镜头、微投影显示器、感应器、麦克风等主要元件特性及整合方式,也须评估在元件整合于系统板后的相容性及整体的运作效能。而运用SiP微型化系统整合,能以多元件整合方式,简化系统设计并满足设备微型化特色,对于同时要求尺寸、重量及多功能的穿戴型设备而言,能发挥极大助益。