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BGA测试治具相关资料

时间:2014-04-25 17:51:30 来源:鼎华科技 点击: 2563次

最近,光电组件正在向类似于电子元器件的表面安装封装方向发展。在上世纪90年代中期,为实现光通信网络市场所需求的低成本和小尺寸封装,已开发了C-CSP(陶瓷-芯片规模封装),以使C-CSP替代薄型小外形封装(TSOP)、四侧引脚扁平封装(QFP)等,适应封装市场需要的CSP要具备以下条件:
   ①
从现有的封装生产方式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,每个低成本插件为08美分。
C-CSP
则符合上述全部条件,并已应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。然而,由于光组件一般比电子部件大得多,所以具有印刷布线板(PWB)的光组件组装在可靠性方面不太稳定;又由于传统的封装结构在管壳中有金属导线。为提高板级的可靠性,则用焊料将金属导线与PWB连接在一起。实用化的表面安装形式是第二级组装与基板的焊接片互连,诸如平面栅格阵列(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,集成电路芯片可采用倒装焊或引线键合载带自动焊(TAB)安装在管壳上部表面上,如图1所示。
    
BGA封装是高密度、高IO数应用领域中的重大突破,是最实用、最便宜、可靠性高、性能好的一种封装形式,已成为上世纪90年代封装的主流技术。光BGA封装技术的优点是:
减少了封装部件的数量,封装尺寸小,IO数密度高;
适合于采用SMT,与通常线焊相比无引线损伤问题;
引脚短,缩短了信号路径,减小了引线电感和电容,改善了电气性能;特别适合于多引线器件封装;
●RF
线可直接与低插入损耗的PWB焊片连接,热沉位于PWB焊片下面,可直接散热,获得良好的热特性。


封装成品率高,效率高,降低了成本;
安装与焊接方便,焊接可靠性高;
有自对准效应,对准精度要求低,生产效率高;
适合于多芯片组件(MCM)封装需要,有利于实现MCM的高密度、高性能。
   
BGA封装技术可满足微型化、低成本的高速信号传输网络市场需要。BGA封装不仅优化了表面安装技术,并对MCM的发展也起到重要作用。光BGA封装技术有待于解决的问题有:BGA与基板材料间的热膨胀系数匹配问题;有采用PWB的光组件可靠性不太稳定的问题。

    3
BGA封装材料
    
BGA封装管壳常采用陶瓷材料,这种坚固耐用的陶瓷材料有许多优点,如具有微型设计规则的设计灵活性、简易的工艺技术、高性能和高可靠性,一般通过改变管壳的物理结构即可进行光BGA封装设计。
    
陶瓷材料还具有气密性和良好的一级可靠性。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相近。而且,由于陶瓷材料可采用重叠的通道进行三维布线,将减小整个封装尺寸。
    
在一般情况下,由于热量可使管壳变形,所以安装光器件时必须控制热量。光器件与光纤的最后对准还可产生移动,这将改变光特性。采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,并对光通信传输网络市场产生重大影响。

    4
BGA封装特性
    
BGA封装有两个主要特性:电特性和热特性。
    4.1
电特性
    
为了获得高速传输(10Gbs)性能,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设计。高速表面安装封装必须将通路孔设计、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。传统封装结构的电信号连接是从管壳的上部直接到下部,无阻抗匹配控制。在陶瓷的每个面上完成信号图形和接地图形,再通过通道孑L进行连接。当传输高速信号时,这种传统结构很不稳定。而改进后的光BGA封装结构则有良好的阻抗匹配控制,可获得稳定的高速信号。图2示出传统的封装结构与改进后的光BGA封装结构的比较。
    
为实现高速传输,光BGA封装结构必须最佳化:
通路孔最佳化
    
为使与LD连接的上部图形最佳化,可采用共平面连线。为使通路孔最佳化,设置了接地通道以便控制阻抗。通过调节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
    
内层设计也必须进行阻抗匹配。图3为改进后BGA封装结构的内部图形,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,还要将接地通道位置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。一般在减小面积的同时还要控制阻抗。为减小尺寸而减小焊接片与信号通道间的距离,则可导致高电

容和低阻抗。所以,为控制阻抗,内部接地层的间隙必须大于信号焊片直径。

    4
2 热特性
    
传统的封装结构在管壳中有金属导线。为提高可靠性,则用焊料进行金属导线与PWB之间的连接,但其缺点是所产生的热量可导致管壳变形,所以安装光器件时必须控制热量。此外,为获得最小化和低成本,光BGA的封装中包括驱动器集成电路(1C),然而,该驱动器IC可产生15W的热量,并可影响LD性能,对LD的光功率和板极可靠性有较大影响。通常速率为24GbsDFB-LD所要求的工作温度为0-70℃,因此驱动器IC所产生的热量必须控制在该温度范围以内。采用Cu-W制成的热沉有极好的散热能力。已设计了用于大规模集成电路(LSI)组件区和DFB-LD组件区的热沉。图4中示出了模拟组件,并在表1中示出其测量数据。光BGA封装具有良好的热特性。尽管LSI产生15W的热量,但LD组件区却可保持在70℃以下,以保证LD性能不会下降。
    
在图5中示出了典型的最佳化光BGA封装特性的测量结果。在传输速率为25GHz时,回波损耗为-2083dB、插入损耗为-009dB;在传输速率为10GHz时,回波损耗为-1900dB、插入损耗为-096dB。此外,在300次无故障中进行二级组件可靠性测试,证明在苛刻环境中,采用光BGA封装的LD性能没有下降。

    5
发展趋势
    
目前,由于对更高数据传输速率、低成本和系统微型化的需求,正在促进用户系统的传输容量大幅度增长。随着因特网容量的急剧扩大,需要高速率传输系统。目前,24Gbs速率传输网络和10Gbs速率数据通信网络领域市场正在增长。在图6中示出了短距离局域网络的光电组件封装发展趋势:光电组件将从分离型转向MCM型、从导线型转向球形连接型。而且,由于非致冷组件的出现,在2004年将可实现40GHz的定向调制器。为了向MCM封装方向发展,不仅要开发光电器件技术,也要开发光电器件封装技术。此外,MCM封装技术的发展也决定了光电子器件市场的发展。
    
目前,光BGA以其性能和价格优势正成为封装的主流技术。为满足高速信号传输、微型化和低成本光传输网络需要,光BGA封装技术还在不断发展。未来将进行高频封装的高密度设计,不断开发包括低损耗布线和低介电陶瓷材料在内的新型材料,并将按照系统级可靠性进行2nd组件可靠性测试。

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