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BGA 封装特性

时间:2013-08-19 11:07:51 来源:鼎华科技 点击: 2581次

 光电组件正在向类似于电子元器件的表面设备封装方向展开。在上世纪90年代中期,为结束光通讯网络商场所需要的低本钱和小标准封装,已开发了C-CSP(陶瓷-芯片计划封装),以使C-CSP替代薄型小外形封装(TSOP)、四侧引脚扁平封装(QFP)等,习气封装商场需要的CSP要具有以下条件:
   ①
从现有的封装出产方法中获得大容量的利用率;
   ②
好的板级可靠性,TCT1000(-25-125℃)
   ③
月产量为1百万只,每个低本钱插件为08美分。
C-CSP
则符合上述全部条件,并已使用于许多消费类电子产品,如数字视频便携式摄像机、移动手机等。可是,由于光组件通常比电子部件大得多,所以具有打印布线板(PWB)的光组件组装在可靠性方面不太安稳;又由于传统的封装计划在管壳中有金属导线。为前进板级的可靠性,则用焊料将金属导线与PWB联接在一同。有用化的表面设备方法是第二级组装与基板的焊接片互连,比方平面栅格阵列(LGA)和球面栅格阵列(BGA)封装。

    2
BGA概念
    
BGA封装是在管壳的下部表面阵列式排布许多球形焊接凸点,集成电路芯片可选用倒装焊或引线键合载带自动焊(TAB)设备在管壳上部表面上,如图1所示。
    
BGA封装是高密度、高IO数使用领域中的严峻打破,是最有用、最贱卖、可靠性高、功用好的一种封装方法,已成为上世纪90年代封装的干流技术。光BGA封装技术的利益是:
减少了封装部件的数量,封装标准小,IO数密度高;
适合于选用SMT,与通常线焊比照无引线危害疑问;
引脚短,缩短了信号路径,减小了引线电感和电容,改进了电气功用;分外适合于多引线器件封装;
●RF
线可直接与低插入损耗的PWB焊片联接,热沉位于PWB焊片下面,可直接散热,获得出色的热特性。
封装成品率高,效率高,下降了本钱;
设备与焊接便当,焊接可靠性高;
有自对准效应,对准精度需要低,出产效率高;
适合于多芯片组件(MCM)封装需要,有利于结束MCM的高密度、高功用。
   
BGA封装技术可满足微型化、低本钱的高速信号传输网络商场需要。BGA封装不只优化了表面设备技术,并对MCM的展开也起到重要作用。光BGA封装技术有待于处置的疑问有:BGA与基板材料间的热膨胀系数匹配疑问;有选用PWB的光组件可靠性不太安稳的疑问。

    3
BGA封装材料
    
BGA封装管壳常选用陶瓷材料,这种坚固耐用的陶瓷材料有许多利益,如具有微型描写规则的描写灵活性、简洁的技术技术、高功用和高可靠性,通常通过改动管壳的物理计划即可进行光BGA封装描写。
    
陶瓷材料还具有气密性和出色的一级可靠性。这是由于陶瓷材料的热扩散系数与GaAs器件材料的热扩散系数非常邻近。而且,由于陶瓷材料可选用堆叠的通道进行三维布线,将减小整个封装标准。
    
在通常情况下,由于热量可使管壳变形,所以设备光器件时有必要控制热量。光器件与光纤的结尾对准还可发作移动,这将改动光特性。选用陶瓷材料则热变形很小。因此,陶瓷材料很适合于光电组件封装,并对光通讯传输网络商场发作严峻影响。

    4
BGA封装特性
    
BGA封装有两个首要特性:电特性和热特性。
    4.1
电特性
    
为了获得高速传输(10Gbs)功用,关键是从激光二极管(LD)的焊片到焊接凸点通道要进行最佳化的电子描写。高速表面设备封装有必要将通路孔描写、内部图形和用于焊接凸点的焊片这三个重要部分最佳化,以便获得最佳阻抗匹配。传统封装计划的电信号联接是从管壳的上部直接到下部,无阻抗匹配控制。在陶瓷的每个面上结束信号图形和接地图形,再通过通道孑L进行联接。当传输高速信号时,这种传统计划很不安稳。而改进后的光BGA封装计划则有出色的阻抗匹配控制,可获得安稳的高速信号。图2示出传统的封装计划与改进后的光BGA封装计划的比照。
    
为结束高速传输,光BGA封装计划有必要最佳化:
通路孔最佳化
    
为使与LD联接的上部图形最佳化,可选用共平面连线。为使通路孔最佳化,设置了接地通道以便控制阻抗。通过调度控制信号与接地线之间距离便可控制阻抗。
内部图形最佳化
    
内层描写也有必要进行阻抗匹配。图3为改进后BGA封装计划的内部图形,在信号线周围设置了一个信号通路和多个接地通道。为获得阻抗匹配,还要将接地通道方位的距离和角度进行最佳化。
焊球焊片最佳化
    
焊球与接地线之间的电容值是一个重要参数。通常在减小面积的一同还要控制阻抗。为减小标准而减小焊接片与信号通道间的距离,则可致使高电容和低阻抗。所以,为控制阻抗,内部接地层的空地有必要大于信号焊片直径。

    4
2 热特性
    
传统的封装计划在管壳中有金属导线。为前进可靠性,则用焊料进行金属导线与PWB之间的联接,但其缺点是所发作的热量可致使管壳变形,所以设备光器件时有必要控制热量。此外,为获得最小化和低本钱,光BGA的封装中包括驱动器集成电路(1C),可是,该驱动器IC可发作15W的热量,并可影响LD功用,对LD的光功率和板极可靠性有较大影响。通常速率为24GbsDFB-LD所需要的工作温度为0-70℃,因此驱动器IC所发作的热量有必要控制在该温度计划以内。选用Cu-W制成的热沉有极好的散热才干。已描写了用于大计划集成电路(LSI)组件区和DFB-LD组件区的热沉。图4中示出了仿照组件,并在表1中示出其测量数据。光BGA封装具有出色的热特性。尽管LSI发作15W的热量,但LD组件区却可保持在70℃以下,以保证LD功用不会下降。
   
    5 展开趋势
    
当时,由于对更高数据传输速率、低本钱和系统微型化的需要,正在推动用户系统的传输容量大幅度添加。跟着因特网容量的急剧拓展,需要高速率传输系统。当时,24Gbs速率传输网络和10Gbs速率数据通讯网络领域商场正在添加。在图6中示出了短距离局域网络的光电组件封装展开趋势:光电组件将从分别型转向MCM型、从导线型转向球形联接型。而且,由于非致冷组件的出现,在2004年将可结束40GHz的定向调制器。为了向MCM封装方向展开,不只需开发光电器件技术,也要开发光电器件封装技术。此外,MCM封装技术的展开也抉择了光电子器件商场的展开。
    
当时,光BGA以其功用和价格优势正成为封装的干流技术。为满足高速信号传输、微型化和低本钱光传输网络需要,光BGA封装技术还在不断展开。将来将进行高频封装的高密度描写,不断开发包括低损耗布线和低介电陶瓷材料在内的新式材料,并将按照系统级可靠性进行2nd组件可靠性检验。
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