有关焊接的杂志封面

包华包华

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《焊接技术》、《电焊机》、《焊接学报》、《焊接》、《焊管》都是焊接类专业核心期刊杂志

lathermatthaus

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CBGA技术的发展没有太大的困难，其主要的挑战在于如何使CBGA在电子组装行业的各个领域中得到广泛应用。首先必须要能保证CBGA封装在大批量生产工业环境中的可靠性，其次CBGA封装的费用必须要能和其它BGA封装相比拟。由于CBGA封装的复杂性以及相对高的费用，使得CBGA被局限应用于高性能、高I/O数要求的电子产品。此外，由于CBGA封装的重量要比其它类型BGA封装大，所以在便携式电子产品中的应用也受到限制。3　CCGA(Ceramic Cloumn Grid Array陶瓷柱栅阵列)CCGA也称SCC(Solder Column Carrier)，是CBGA在陶瓷体尺寸大于32mm×32mm时的另一种形式(见图5)，和CBGA不同的是在陶瓷载体的下表面连接的不是焊球而是90Pb/10Sn的焊料柱，焊料柱阵列可以是完全分布或部分分布的，常见的焊料柱直径约5mm，高度约为21mm，柱阵列间距典型的为27mm。CCGA有两种形式，一种是焊料柱与陶瓷底部采用共晶焊料连接，另一种则采用浇铸式固定结构。CCGA的焊料柱可以承受因PCB和陶瓷载体的热膨胀系数TCE不匹配产生的应力，大量的可靠性试验证实封装体尺寸小于44mm×44mm的CCGA均可以满足工业标准热循环试验规范。CCGA的优缺点和CBGA非常相似，唯一的明显差异是CCGA的焊料柱比CBGA的焊球在组装过程中更容易受到机械损伤。有些电子产品已经开始应用CCGA封装，但是I/O数在626～1225之间的CCGA封装暂时尚未形成批量生产，I/O数大于2000的CCGA封装仍在开发中。图5CCGA(Ceramic Cloumn Grid Array陶瓷柱栅阵列)4　TBGA(Tape Ball Grid Array载带球栅阵列)图6　TBGA内部结构TBGA又称为ATAB(Araay Tape Automated Bonding)，是BGA的一种相对较新的封装类型(见图6)。TBGA的载体是铜/聚酰亚胺/铜双金属层带，载体的上表面分布有信号传输用的铜导线，而另一面则作为地层使用。硅片与载体之间的连接可以采用倒装片技术来实现，当硅片与载体的连接完成后，对硅片进行包封以防止受到机械损伤。载体上的过孔起到了连通两个表面、实现信号传输的作用，焊球通过采用类似金属丝压焊的微焊接工艺连接到过孔焊盘上形成焊球阵列。在载体的顶面用胶连接着一个加固层，用于给封装体提供刚性和保证封装体的共面性。在倒装硅片的背面一般用导热胶连接着散热片，给封装体提供良好的热特性。TBGA的焊球组份为90Pb/10Sn，焊球直径约为65mm，典型的焊球阵列间距有0mm、27mm、5mm几种，TBGA与PCB之间的组装所采用的为63Sn/37Pb共晶焊料。TBGA也可以利用现有的表面安装设备和工艺，采用与CBGA相似的组装方法进行组装。常用的TBGA封装的I/O数小于448，TBGA736等产品已上市，国外一些大公司正在开发I/O数大于1000的TBGA。TBGA封装的优点在于：①比其它大多数BGA封装类型更轻更小(尤其是I/O数较高的封装)。②具有比QFP和PBGA封装更优越的电性能。③可适于批量电子组装。此外，这种封装采用高密度的倒装片形式实现硅片与载体的连接，使TBGA具有信号噪声小等很多优点，由于印制板和TBGA封装中加固层的热膨胀系数TCE基本上是相互匹配的，所以对组装后TBGA焊点可靠性的影响并不大，TBGA封装遇到的最主要问题是潮气的吸收对封装的影响。TBGA应用遇到的问题是如何才能在电子组装领域中占有一席之地，首先TBGA的可靠性必须能在批量生产环境中予以证实，其次TBGA封装的费用必须要能和PBGA封装相比拟。由于TBGA的复杂性和相对高的封装费用，TBGA主要用于高性能、高I/O数的电子产品。2 Flip Chip :和其它表面安装器件不同，倒装片无封装，互联阵列分布于硅片的表面，取代了金属丝压焊连接形式，硅片直接以倒扣方式安装到PCB上。倒装片不再需要从硅片向四周引出I/O端，互联的长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了电性能。倒装片连接有三种主要类型：C4、DC4和FCAA。1　C4(Controlled Collapse Chip Connection可控坍塌芯片连接)图7　C4结构形式C4是类似超细间距BGA的一种形式(见图7)。与硅片连接的焊球阵列一般的间距为203～254mm，焊球直径为102～127mm，焊球组份为97Pb/3Sn，这些焊球在硅片上可以呈完全分布或部分分布。由于陶瓷可以承受较高的回流温度，因此陶瓷被用来作为C4连接的基材，通常是在陶瓷的表面上预先分布有镀Au或Sn的连接盘，然后进行C4形式的倒装片连接。C4连接不能使用现有的组装设备和工艺进行组装，因为97Pb/3Sn焊球的熔化温度是320℃，且在这种采用C4连接的互联结构中不存在其它组份的焊料。在C4连接中，取代了焊膏漏印，而是采用印刷高温助焊剂的方式，首先将高温助焊剂印刷到基材的焊盘或硅片的焊球上，然后硅片上的焊球和基材上相应焊盘精确对位，通过助焊剂提供足够的粘附力来保持相对位置并直到回流焊接完成。C4连接采用的回流温度为360℃，在该温度下焊球熔化，硅片处于“悬浮”状态，由于焊料表面张力的作用，硅片会自动校正焊球和焊盘的相对位置，最终焊料坍塌至一定的高度形成连接点。C4连接方式主要应用于CBGA和CCGA封装中，此外，有些厂家在陶瓷多芯片模块(MCM—C)应用中也使用这种技术。采用C4连接的I/O数在1500以下，一些公司预期开发的I/O数将超过3000。C4连接的优点在于：1)具有优良的电性能和热特性。2)在中等焊球间距的情况下，I/O数可以很高。3)不受焊盘尺寸的限制。4)可以适于批量生产。5)可大大减小尺寸和重量。此外，C4连接在硅片和基材之间只有一个互联界面，可提供最短的、干扰最小的信号传递通道，减少的界面数量使得结构更简单，并且可靠性更高。C4连接在技术上还存在很多挑战，真正应用于电子产品还有一定的难度。C4连接方式只能适用于陶瓷基材，它们将在高性能、高I/O数的产品中得到广泛的应用，例如CBGA、CCGA和MCM—C等。2　DCA(Direct Chip Attach直接芯片连接)DCA和C4类似，是一种超细间距连接(见图8)。DCA的硅片和C4连接中的硅片结构相同，两者之间的唯一区别在于基材的选择，DCA采用的基材是典型的印制材料。DCA的焊球组份是97Pb/3Sn，连接焊接盘上的焊料是共晶焊料(37Pb/63Sn)。对于DCA，由于间距仅为203～254mm，共晶焊料漏印到连接焊盘上相当困难，所以取代焊膏漏印这种方式，在组装前给连接焊盘顶镀上铅锡焊料，焊盘上的焊料体积要求十分严格，通常要比其它超细间距元件所用的焊料多。在连接焊盘上051～102mm厚的焊料由于是预镀的，一般略呈圆顶状，必须要在贴片前整平，否则会影响焊球和焊盘的可靠对位。图8　DCA结构形式这种连接方式可以用表面安装设备和工艺实现。首先，助焊剂通过印刷方式被分配到硅片上，然后进行硅片的贴装，最后回流焊接。DCA组装采用的回流温度约220℃，低于焊球的熔点但高于连接焊盘上的共晶焊料熔点，硅片上焊球的作用相当于刚性支撑，回流之后共晶焊料熔化，在焊球与焊盘之间形成焊点连接。对于这种采用两种不同的Pb/Sn组份形成的焊点，在焊点中两种焊料的界面实际并不明显，而是形成从97Pb/3Sn到37Pb/63Sn的光滑过渡区域。由于焊球的刚性支撑作用，DCA组装中焊球不“坍塌”，但还具有自校正特性。DCA已经开始得到应用，I/O数主要在350以下，一些公司计划开发的I/O数超过500。这种技术发展的动力不是更高的I/O数，而主要是着眼于尺寸、重量和费用的减小。DCA的特点和C4非常相似，由于DCA可以利用现有的表面安装工艺实现与PCB的连接，所以能采用这种技术的应用很多，尤其是在便携式电子产品中的应用。然而并不能夸大DCA技术的优点，在DCA技术的发展过程中仍有许多技术挑战。在实际生产中使用这种技术的组装厂家为数并不多，他们都在努力提高工艺水平，以扩大DCA的应用。由于DCA连接把那些和高密度相关的复杂性转移到PCB上，所以给PCB的制造增加了难度，此外，专门生产带有焊球的硅片的厂家为数不多，在组装设备、工艺等各方面仍存在着很多值得关注的问题，只有这些问题得到了解决，才能推动DCA技术的发展。3　FCAA(Flip Chip Adhesive Attachment倒装片胶连接)FCAA连接存在多种形式，当前仍处于初期开发阶段。硅片与基材之间的连接不采用焊料，而是用胶来代替。这种连接中的硅片底部可以有焊球，也可以采用焊料凸点等结构。FCAA所用的胶包括各向同性和各向异性等多种类型，主要取决于实际应用中的连接状况。另外，基材的选用通常有陶瓷、印制板材料和柔性电路板等。这种技术目前尚未成熟，在这里就不作更多的阐述。