FOXCONN BGA、LGA的Void零件技术手册
BGA、TAB、零件、封装及Bonding制程
BGA、TAB、零件、封装及Bonding制程上一篇回目录下一篇〖双击自动滚屏〗BGA、TAB、零件、封装及Bonding制程1、Active parts(Devices) 主动零件指半导体类之各种主动性集成电路器或晶体管，相对另有Passi ve﹣Parts被动零件，如电阻器、电容器等。
2、Array 排列，数组系指通孔的孔位，或表面黏装的焊垫，以方格交点式着落在板面上(即矩阵式)的数组情形。
常见"针脚格点式排列"的插装零件称为PGA(Pin Grid Array)，另一种"球脚格点矩阵式排列"的贴装零件，则称为 BGA(Ball Grid Array)。
3、ASIC 特定用途的集成电路器Application-Specific Integrated Circuit，如电视、音响、录放机、摄影机等各种专用型订做的 IC 即是。
4、Axial-lead 轴心引脚指传统圆柱式电阻器或电容器，均自两端中心有接脚引出，用以插装在板子通孔中，以完成其整体功能。
5、Ball Grid Array 球脚数组(封装)是一种大型组件的引脚封装方式，与QFP的四面引脚相似，都是利用SMT锡膏焊接与电路板相连。
其不同处是罗列在四周的"一度空间"单排式引脚，如鸥翼形伸脚、平伸脚、或缩回腹底的J型脚等；改变成腹底全面数组或局部数组，采行二度空间面积性的焊锡球脚分布，做为芯片封装体对电路板的焊接互连工具。
BGA是 1986年Motorola 公司所开发的封装法，先期是以BT有机板材制做成双面载板(Substrate)，代替传统的金属脚架(Lead Frame)对 IC进行封装。
BGA 最大的好处是脚距 (Lead Pitch)比起 QFP要宽松很多，目前许多QFP 的脚距已紧缩到 12.5mil 甚至 9.8mil 之密距 (如 P5 笔记型计算机所用Daughter Card 上 320 脚 CPU 的焊垫即是，其裸铜垫面上的焊料现采Super Solder法施工)，使得PCB的制做与下游组装都非常困难。
BGA芯片封装
•
3)BGA的阵列焊球与基板的接触面大、短，有利
于散热。
•
4)BGA阵列焊球的引脚很短，缩短了信号的传输
路径，减小了引线电感、电阻，因而可改善电路的性
能。
•
5)明显地改善了I／O端的共面性，极大地减小了
组装过程中因共面性差而引起的损耗。
•
6)BGA适用于MCM封装，能够实现MCM的高密
度、高性能。
为在这种引线键合TBGA中，封装热沉又是封装的加固
体，也是管壳的芯腔基底，因此在封装前先要使用压
敏粘结剂将载带粘结在热沉上。
•
②封装工艺流程
•
圆片减薄→圆片切割→芯片粘结→清洗→引线键
合→等离子清洗→液态密封剂灌封→装配焊料球→回
流焊→表面打标→分离→最终检查→测试→包装
BGA芯片封装
BGA封装技术概况
• BGA (Ball Grid Array)－球状引脚栅格阵列封装技术，高密度表面装配封 装技术。在封装的底部，引脚都成球状并排列成一个类似于格子的图案， 由此命名为BGA。目前的主板控制芯片组多采用此类封装技术，材料多 为陶瓷。
•
20世纪90年代随着技术的进步，芯片集成度不断提高，I/O引脚数急
要求较高等。它的主要过程是：先将多层陶瓷片高温共烧成多层
陶瓷金属化基片，再在基片上制作多层金属布线，然后进行电镀
等。在CBGA的组装中，基板与芯片、PCB板的CTE失配是造成
CBGA产品失效的主要因素。要改善这一情况，除采用CCGA结
构外，还可使用另外一种陶瓷基板--HITCE陶瓷基板。
• ②封装工艺流程
剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装的要求也更加严格。为了满
足发展的需要，BGA封装开始被应用于生产。BGA是英文Ball Grid Array
一文读懂BGA封装技术的特点和工艺
一文读懂BGA封装技术的特点和工艺随着市场对芯片集成度要求的提高，I/O引脚数急剧增加，功耗也随之增大，对集成电路封装更加严格。
为了满足发展的需要，BGA封装开始被应用于生产。
BGA也叫球状引脚栅格阵列封装技术，它是一种高密度表面装配封装技术。
在封装底部，引脚都成球状并排列成一个类似于格子的目前主板控制芯片组多采用此类封装技术，材料多为陶瓷。
采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下，内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小体积，更好的散热性能和电性能。
两种BGA封装技术的特点BGA封装内存：BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率;虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能;厚度和重量都较以前的封装技术有所减少;寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高;组装可用共面焊接，可靠性高。
TinyBGA封装内存：采用TinyBGA封装技术的内存产品在相同容量情况下体积只有TSOP封装的1/3。
TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的，而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。
这种方式有效地缩短了信号的传导距离，信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4，因此信号的衰减也随之减少。
这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能，而且提高了电性能。
基板或中间层是BGA封装中非常重要的部分，除了用于互连布线以外，还可用于阻抗控制及用于电感/电阻/电容的集成。
因此要求基板材料具有高的玻璃转化温度rS(约为175~230℃)、高的尺寸稳定性和低的吸潮性，具有较好。
BGA焊接机操作指导书
BGA焊接机操作指导书一、焊接B GA元件前的工作：①.将要更换B GA元件的机板上相应元件拆卸下来，大的BG A元件（如CP U）应在焊机上拆卸，小的可加适量助焊剂用热风枪吹卸下来。
②.将取下元件的焊盘锡点加锡焊平，焊盘上焊点均应平整，不能有凸起的焊锡点，并用清洗剂将焊盘清洗干净。
二、焊接机的操作方法及使用顺序：(操作时必须佩戴防静电工具)选用与待焊接或待拆卸BG A元件相匹配的热风焊口（指上热风焊口，一般下热风焊口固定不经常更换。
）1.拆卸大的BG A元件：①将待拆卸元件的机板放到焊接固定支架上，并调节支架两边螺丝，使它的高度不会太高。
②将支架移到焊接口并使元件对准风口，使R EFL OW“Z”开关置于DOW N 。
③将VA CUU M P ROB E开关置于“开”状态，并将胶塞管按下，使之吸住元件。
④打开R EFL OW CO NTI NUO US开关并观察温度的变化，当温度达到1300C时，打开PR EHE AT开关。
⑤当加热到元件可被吸管吸脱时，应迅速按顺序作以下操作：将RE FLO W“Z”开关置于UP→移动焊接支架→关闭VA CUU M P ROB E开关将拆卸下来的元件放好→将REF LOW CO NTZ NUW S，P REM ENT开关均关闭。
2.焊接BGA元件①吸取元件：将待焊接元件的机板放到固定支架上。
将元件放到元件槽,须注意焊接方向，将元件吸口开关置于P LAC EME NT，同时将元件槽移动到对应位置，并调节元件槽上的螺丝，使之处于一定的高度，吸口下来后，若吸口与元件间距离太大，可调节元件槽上螺丝，使吸口与元件距离适当，但吸口绝对不能碰到元件以免对元件造成破坏。
使V ACU UM PIC K U P开关在开状态，元件就被吸口吸住，按动吸口开关到“ALI GNM ENT”状态，并迅速将元件槽移到一边，此时显示器上将显示出吸住元件的管脚排列。
②对位调整：将固定支架移到显示器摄像头下，可看到不动的焊点为元件引脚，移动的为板子上的焊盘，将元件与焊盘进行粗略对位后，可将“TAB LE LOCK”开关置于“ON”，固定支架将被固定在焊接机台上不能移动，若元件与焊盘位置仍未完全对准，可使用支架上和机台上的三个旋钮进行X、Y、Z 三个方向上的微调对位。
BGA焊之Void象探(“助焊剂”相关文档)共7张
7. 對加工環境進行管控 8.改善蓋覆電鍍工藝
板介面，由於三明治結構並沒有排氣的路徑，造成焊錫固化時絕大部份 氣泡仍被包與焊點與基板介面處，形成Void
減少BGA Void的對策
減少BGA Void的對策
增加印刷錫量(厚度，面積)；
降低回焊時的升溫斜率或延長預熱時間；
減少BGA Void的對策
BGA在植球製造中使用的是由高純度的焊錫經由造球塔熔融后，利用焊錫本身之表面張力形成無氣孔的錫球，而且球面上方是與大氣接
觸的自由端，不會像錫膏內含有助焊劑會有揮發的氣體形成內在的氣泡，因此，在業界普遍的概念為錫球在組裝前幾乎是無氣孔存在于錫
球內，焊點氣孔產生主要來自于錫膏組裝于印刷電路板之制程。
使用合適的錫膏
(助焊劑活性，錫粉顆粒大小，助焊劑含量，粘度，助焊劑
沸點)
錫粉的氧化物若于焊錫熔融前未被助焊劑的活化劑清除，會因焊錫熔融后其比重較輕，而有相當比例浮于液態焊錫表面，其氧化物具移動
，排氣的現象更加明顯，形成氣泡，氣泡必須成長至足夠尺寸，使其產生的浮力足以克服附著力方能浮出PCB介面，浮出的氣泡緩慢上升
至上端的焊點與基板介面，由於三明治結構並沒有排氣的路徑，造成焊錫固化時絕大部份氣泡仍被包與焊點與基板介面處，形成Void
增加印刷錫量(厚度，面積)；
減少BGA Void的對策
BGA在植球製造中使用的是由高純度的焊錫經由造球塔熔融后，利用焊錫本身之表面張力形成無氣孔的錫球，而且球面上方是與大氣接
球內，焊點氣孔產生主要來自于錫膏組裝于印刷電路板之制程。
五. 減少BGA Void的對策
1.改善印刷電路板的焊錫性； 2.增加印刷錫量(厚度，面積)； 3.改善回焊爐以及烘烤爐的密閉性；
BGA封装技术介绍ppt课件
前处理 压掩膜 上底片 曝光 显影
22
水洗 蚀刻 水洗 酸洗 剥膜 水洗
Mylar
压掩膜、上底片、曝光 显影
23
UV 底片 掩膜 Copper BT
掩膜 Copper BT
蚀刻 剥膜
24
掩膜 Copper BT
Copper BT
前处理
油墨+硬化剂 阻焊膜 (Solder Mask)
网印
Pre - cure
• 芯片粘结：采用充银环氧树脂粘结剂（导电胶）将IC 芯片粘结在镀有Ni-Au薄层的基板上；
• 引线键合：粘接固化后用金丝球焊机将IC芯片上的焊 区与基板上的镀Ni-Au的焊区以金线相连；
• 模塑封装：用填有石英粉的环氧树脂模塑料进行模塑 包封，以保护芯片、焊接线和焊盘；
27
BGA封装工艺流程
• 装配焊料球/回流焊：固化之后，使用特殊设计的吸拾 工具（焊球自动拾放机）将浸有焊剂的熔点为183℃、直 径为30mil（0.75mm）的焊料球Sn62Pb36Ag2或 Sn63Pb37放置在焊盘上，在传统的回流焊炉内在N2气氛 下进行回流焊接（最高加工温度不能够超过230℃），焊 球与镀Ni-Au的基板焊区焊接。
8
PBGA特点 制作成本低，性价比高 焊球参与再流焊点形成，共面度要求宽松 与环氧树脂基板热匹配性好、装配至PCB时质量 高、性能好 对潮气敏感，PoPCorn effect严重，可靠性存 在隐患，且封装高度之QFP高也是一技术挑战。
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CBGA 是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形
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真空吸盘
真空吸球
滴助焊剂
放球
N2气中回流
助焊剂滴涂和置球机 氮气再流焊炉 助焊剂清洗、分离、打标机
BGA技术与质量控制(DOC 12页)
BGA技术与质量控制（DOC 12页）操作便捷，在组装时具有高可靠性。
据国外一些印刷电路板制造技术资料反映，BGA器件在使用常规的SMT工艺规程和设备进行组装生产时，能够始终如一地实现缺陷率小于20PPM（Parts Per Million，百万分率缺陷数），而与之相对应的器件，例如QFP，在组装过程中所形成的产品缺陷率至少要超过其10倍。
综上所述，BGA器件的性能和组装优于常规的元器件，但是许多生产厂家仍然不愿意投资开发大批量生产BGA器件的能力。
究其原因主要是BGA器件焊接点的测试相当困难，不容易保证其质量和可靠性。
BGA器件焊接点检测中存在的问题目前，对以中等规模到大规模采用BGA器件进行电子组装的厂商，主要是采用电子测试的方式来筛选BGA器件的焊接缺陷。
在BGA 器件装配期间控制装配工艺过程质量和鉴别缺陷的其它办法，包括在焊剂漏印(Paste Screening)上取样测试和使用X射线进行装配后的最终检验，以及对电子测试的结果进行分析。
满足对BGA器件电子测试的评定要求是一项极具挑战性的技术，因为在BGA器件下面选定测试点是困难的。
在检查和鉴别BGA 器件的缺陷方面，电子测试通常是无能为力的，这在很大程度上增加了用于排除缺陷和返修时的费用支出。
据一家国际一流的计算机制造商反映，从印刷电路板装配线上剔除的所有BGA器件中的50％以上，采用电子测试方式对其进行测试是失败的，它们实际上并不存在缺陷，因而也就不应该被剔除掉。
电子测试不能够确定是否是BGA器件引起了测试的失效，但是它们却因此而被剔除掉。
对其相关界面的仔细研究能够减少测试点和提高测试的准确性，但是这要求增加管芯级电路以提供所需的测试电路。
在检测BGA器件缺陷过程中，电子测试仅能确认在BGA连接时，判断导电电流是通还是断?如果辅助于非物理焊接点测试，将有助于组装工艺过程的改善和SPC(Statistical Process Control统计工艺控制)。
FOXCONN BGA、LGA的Void零件技术手册
基板-PKG的clearance窄 +從VIA噴出瓦斯。
BGA
BGA的內壓容易上升構造 ----容易發生變形。
1、2次面實裝后的LGA刮刀中BUMP變形
在一次面一回Reflow新發生的形狀異常 在一次面2回（反轉）Reflow時發生的形異常
2次面（空reflow一回+Raste Reflow一回）發生的異常形狀
Reflow Profile的void發生量的檢驗按照
下面3項記錄條件執行﹕
1、公司內一般使用的Profile 2、改善的Profile 3、考慮現在生產的Profile
LGA的Reflow Profile和void發生量的檢驗
順序
void
使用錫膏：
MSK:
（無鉛）
Reflow Profile和void的發生量的檢驗（2）
目前
void改良品
殘渣的流動性高 焊錫融化后助焊劑處于活動狀態
殘渣的流動性小于K2-V錫膏 焊錫融化后助焊劑處于穩定狀態
REFLOW中的void的形成過程
LGA內void的 發生過程
初期融化階段發生細小的-隨著時間變化膨脹.變大 在一定程度上也會有較大的發生（從基材噴出） 一般認為延長溶解時間是不好的對策。
內壓釋放-BUMP的變形
Void生成+因熱膨脹內壓上升 助焊劑殘渣圍繞融化焊錫周圍活動*是void在基板上多發的原因 +K2-V的殘渣融化后處于持續活動狀態
對于表面張力變小的部分，需要 有選擇的釋放。 --內壓釋放同時，焊錫產生變形 引起短路
Reflow中BUMP變形的過程
不同形狀的LAND的BGA異常發生數
二次面LGA Reflow第一次
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LGA的錫膏和void的發生量的驗証
land void
ห้องสมุดไป่ตู้
使用past:1：M705-GRN360-K2-V 2：M705-GRN360-K2-VL MSK厚度：130um 實裝：0.65mmp C-LGA
LGA的solder paste和void發生量的驗証
結論：void對策品的VL取得良好的結果,比較符合密閉型的焊接， FLUX的變化穩定。solder paste(粒度、FLUX）的使用重要
1、公司內一般使用的Profile 2、改善的Profile 3、考慮現在生產的Profile
LGA的Reflow Profile和void發生量的檢驗
順序
void
使用錫膏：
MSK:
（無鉛）
Reflow Profile和void的發生量的檢驗（2）
REF-1 REF-2 REF-3
REF-2
REF-1
M705-GRN360-K2-V
125 100 75 50 25 0 LGA- LGA- LGA- LGA- LGA- LGAA B C D E F 數列1
125 100 75 50 25 0
M705-GRN360-K2-VL
數列1
LGA- LGA- LGA- LGA- LGA- LGAA B C D E F
預熱不足容易發生大的void 預熱不足容易發生大的void
LGA的solder paste印刷量和void的發生量的驗証
做LGA的solder paste印刷厚130um和150um瓦斯排出和印刷形狀的有無條件。
130um 全面印刷 缺口印刷 150um 全面印刷 缺口印刷
land void
使用past:1：M705-GRN360-K2-V 2：M705-GRN360-K2-VL MSK厚度：130um 130umt 實裝：0.65mmp C-LGA
4-1、Reflow Profile和Void的研究 ; 4-2、LGA的Solder Paste和Void的關系; 4-3、LGA Solder Paste印刷和Void的關系。
5、LGA 的Void不良零技朮。
6、BGA變形的原理（參考）。
背景目的
1-1背景：
隨著實裝的高密度化的推進，元件特別是IC、端子等電 極的構造變化顯著。 根據電極的變化，以前的焊接技朮已經不能正確的焊接 元 件了，其中最有代表性的是采用LGA、BGA的IC工廠。 LGA、BGA等CHIP元件由開放型焊接向密閉型焊接變化。
Foxconn
Technology
Group
SMT Technology Center SMT 技術中心
SMT Technology Development Committee
目 錄
1、背景目的 2、BGA和LGA的Void發生的原因。 3、Reflow中的Void形成過程。 4、Void抑制方法的檢驗。
1、因為焊錫表面張力，焊錫向中心部集中。
2、因為表面張力void密閉 3、要排除void抑制焊錫表面張力是很必要的。 浸潤性變慢
1、焊錫向母材的浸潤方向流動。
2、因為這種流動使void密閉。 3、要排除void，提高浸潤性很重要。
加速浸潤性
LGA和BGA的VOID發生原因
膏體溶解的過程
三維的 Void容易排出
發生原理
錫膏的融解性及融解速度提高，
排出殘留助焊劑及產生的氣體。
抑制焊錫融解速度，使助焊劑和產生
的氣體在焊錫完全融化前釋放出來 升溫速度：慢，Reflow Peak:低，溶解 時間：短。 薄 無鉛（Ag:3.5%Cu:0.5%)，顆粒小 （void顆粒小型化） 活性劑：少 溶劑：極性低沸點高
Reflow Profile
目前
void改良品
殘渣的流動性高 焊錫融化后助焊劑處于活動狀態
殘渣的流動性小于K2-V錫膏 焊錫融化后助焊劑處于穩定狀態
REFLOW中的void的形成過程
LGA內void的 發生過程
初期融化階段發生細小的-隨著時間變化膨脹.變大 在一定程度上也會有較大的發生（從基材噴出） 一般認為延長溶解時間是不好的對策。
印刷量、形狀 焊錫合金
升溫速度：快，Reflow Peak:高，溶 解時間：長。 厚 無鉛（Ag:3.5%Cu:0.5%)，顆粒大 活性劑：多 溶劑：極性高沸點低
助焊劑設計
LGA的Reflow Profile和void發生量的檢驗
Reflow Profile的void發生量的檢驗按照
下面3項記錄條件執行﹕
LGA、BGA-IC最大的問題是在接合部發生的“Void”。
背景目的
1-2目的：
1、) LGA、BGA-IC不產生Void焊接技朮成為實用化。 2、) 能夠在高密度實裝基板、大型主板上沒有Void 進行實裝，提高接合的可靠性。
LGA和BGA的VOID發生原因
。為防止LGA、BGA的void發生，解開void發生的原理相當重要。 。為防止LGA、BGA的void發生是受錫膏的熔融的變化影響的。 。解開這些變化過程，就可以提出void的對策。 發生原理：
REF-3
RP-3的Profile能夠得到更好的結果
LGA的錫膏和void的發生量的驗証
做LGA的solder paste的void發生量試驗
M705-GRN360-K2-V 焊錫粒度 活性劑 FULX 溶劑 極性低沸點高 極性高沸點低 15-25um 少 M705-GRN360-K2-VL 25-45um 多
REFLOW后的Stand off 高度、焊錫量
二維的 Void不容易排出
0.5mmPitch CSP 0.65mmPitch Void:0.3mmDia CSP Paste:110umm Paste:130umm
模擬回流爐中LGA Solder Past的變化
為了解開實際的LGA、BGA的焊接有必要做模擬。
Void抑制方法的檢驗
原因分析的結果，為了防止BGA、LGA發生Void,
要推進以下工作﹕
1、Reflow Profile 錫膏助焊劑的設計。
2、錫膏印刷
3、 Reflow Profile 的3項目頇同時改善，
一個一個改善沒有效果。
Void抑制方法的檢驗
材料 BGA 因為向母劑的融解性不足及焊錫的 流動不足殘留助焊劑 及其產生的氣體（水分、溶劑、還 原成分不能排出 對策 LGA 因融解速度及表面張力殘留助焊劑和 產生的氣體留在焊錫中