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      BGA測試治具相關資料

      發布日期:2020-04-17 點擊次數:3564
      最近,光電組件正在向類似于電子元器件的表面安裝封裝方向發展。在上世紀90年代中期,為實現光通信網絡市場所需求的低成本和小尺寸封裝,已開發了C-CSP(陶瓷-芯片規模封裝),以使C-CSP替代薄型小外形封裝(TSOP)、四側引腳扁平封裝(QFP)等,適應封裝市場需要的CSP要具備以下條件:
         ①
      從現有的封裝生產方式中獲得大容量的利用率;
         ②
      好的板級可靠性,TCT1000(-25-125℃);
         ③
      月產量為1百萬只,每個低成本插件為08美分。
      C-CSP
      則符合上述全部條件,并已應用于許多消費類電子產品,如數字視頻便攜式攝像機、移動手機等。然而,由于光組件一般比電子部件大得多,所以具有印刷布線板(PWB)的光組件組裝在可靠性方面不太穩定;又由于傳統的封裝結構在管殼中有金屬導線。為提高板級的可靠性,則用焊料將金屬導線與PWB連接在一起。實用化的表面安裝形式是第二級組裝與基板的焊接片互連,諸如平面柵格陣列(LGA)和球面柵格陣列(BGA)封裝。

          2 
      BGA概念
          
      BGA封裝是在管殼的下部表面陣列式排布許多球形焊接凸點,集成電路芯片可采用倒裝焊或引線鍵合載帶自動焊(TAB)安裝在管殼上部表面上,如圖1所示。
          
      BGA封裝是高密度、高IO數應用領域中的重大突破,是最實用、最便宜、可靠性高、性能好的一種封裝形式,已成為上世紀90年代封裝的主流技術。光BGA封裝技術的優點是:
      減少了封裝部件的數量,封裝尺寸小,IO數密度高;
      適合于采用SMT,與通常線焊相比無引線損傷問題;
      引腳短,縮短了信號路徑,減小了引線電感和電容,改善了電氣性能;特別適合于多引線器件封裝;
      ●RF
      線可直接與低插入損耗的PWB焊片連接,熱沉位于PWB焊片下面,可直接散熱,獲得良好的熱特性。


      封裝成品率高,效率高,降低了成本;
      安裝與焊接方便,焊接可靠性高;
      有自對準效應,對準精度要求低,生產效率高;
      適合于多芯片組件(MCM)封裝需要,有利于實現MCM的高密度、高性能。
         
      BGA封裝技術可滿足微型化、低成本的高速信號傳輸網絡市場需要。BGA封裝不僅優化了表面安裝技術,并對MCM的發展也起到重要作用。光BGA封裝技術有待于解決的問題有:BGA與基板材料間的熱膨脹系數匹配問題;有采用PWB的光組件可靠性不太穩定的問題。

          3 
      BGA封裝材料
          
      BGA封裝管殼常采用陶瓷材料,這種堅固耐用的陶瓷材料有許多優點,如具有微型設計規則的設計靈活性、簡易的工藝技術、高性能和高可靠性,一般通過改變管殼的物理結構即可進行光BGA封裝設計。
          
      陶瓷材料還具有氣密性和良好的一級可靠性。這是由于陶瓷材料的熱擴散系數與GaAs器件材料的熱擴散系數非常相近。而且,由于陶瓷材料可采用重疊的通道進行三維布線,將減小整個封裝尺寸。
          
      在一般情況下,由于熱量可使管殼變形,所以安裝光器件時必須控制熱量。光器件與光纖的最后對準還可產生移動,這將改變光特性。采用陶瓷材料則熱變形很小。因此,陶瓷材料很適合于光電組件封裝,并對光通信傳輸網絡市場產生重大影響。

          4 
      BGA封裝特性
          
      BGA封裝有兩個主要特性:電特性和熱特性。
          4.1 
      電特性
          
      為了獲得高速傳輸(10Gbs)性能,關鍵是從激光二極管(LD)的焊片到焊接凸點通道要進行最佳化的電子設計。高速表面安裝封裝必須將通路孔設計、內部圖形和用于焊接凸點的焊片這三個重要部分最佳化,以便獲得最佳阻抗匹配。傳統封裝結構的電信號連接是從管殼的上部直接到下部,無阻抗匹配控制。在陶瓷的每個面上完成信號圖形和接地圖形,再通過通道孑L進行連接。當傳輸高速信號時,這種傳統結構很不穩定。而改進后的光BGA封裝結構則有良好的阻抗匹配控制,可獲得穩定的高速信號。圖2示出傳統的封裝結構與改進后的光BGA封裝結構的比較。
          
      為實現高速傳輸,光BGA封裝結構必須最佳化:
      通路孔最佳化
          
      為使與LD連接的上部圖形最佳化,可采用共平面連線。為使通路孔最佳化,設置了接地通道以便控制阻抗。通過調節控制信號與接地線之間距離便可控制阻抗。
      內部圖形最佳化
          
      內層設計也必須進行阻抗匹配。圖3為改進后BGA封裝結構的內部圖形,在信號線周圍設置了一個信號通路和多個接地通道。為獲得阻抗匹配,還要將接地通道位置的距離和角度進行最佳化。
      焊球焊片最佳化

          焊球與接地線之間的電容值是一個重要參數。一般在減小面積的同時還要控制阻抗。為減小尺寸而減小焊接片與信號通道間的距離,則可導致高電

      容和低阻抗。所以,為控制阻抗,內部接地層的間隙必須大于信號焊片直徑。

          4
      熱特性
          
      傳統的封裝結構在管殼中有金屬導線。為提高可靠性,則用焊料進行金屬導線與PWB之間的連接,但其缺點是所產生的熱量可導致管殼變形,所以安裝光器件時必須控制熱量。此外,為獲得最小化和低成本,光BGA的封裝中包括驅動器集成電路(1C),然而,該驅動器IC可產生15W的熱量,并可影響LD性能,對LD的光功率和板極可靠性有較大影響。通常速率為24GbsDFB-LD所要求的工作溫度為0-70℃,因此驅動器IC所產生的熱量必須控制在該溫度范圍以內。采用Cu-W制成的熱沉有極好的散熱能力。已設計了用于大規模集成電路(LSI)組件區和DFB-LD組件區的熱沉。圖4中示出了模擬組件,并在表1中示出其測量數據。光BGA封裝具有良好的熱特性。盡管LSI產生15W的熱量,但LD組件區卻可保持在70℃以下,以保證LD性能不會下降。
          
      在圖5中示出了典型的最佳化光BGA封裝特性的測量結果。在傳輸速率為25GHz時,回波損耗為-2083dB、插入損耗為-009dB;在傳輸速率為10GHz時,回波損耗為-1900dB、插入損耗為-096dB。此外,在300次無故障中進行二級組件可靠性測試,證明在苛刻環境中,采用光BGA封裝的LD性能沒有下降。

          5 
      發展趨勢
          
      目前,由于對更高數據傳輸速率、低成本和系統微型化的需求,正在促進用戶系統的傳輸容量大幅度增長。隨著因特網容量的急劇擴大,需要高速率傳輸系統。目前,24Gbs速率傳輸網絡和10Gbs速率數據通信網絡領域市場正在增長。在圖6中示出了短距離局域網絡的光電組件封裝發展趨勢:光電組件將從分離型轉向MCM型、從導線型轉向球形連接型。而且,由于非致冷組件的出現,在2004年將可實現40GHz的定向調制器。為了向MCM封裝方向發展,不僅要開發光電器件技術,也要開發光電器件封裝技術。此外,MCM封裝技術的發展也決定了光電子器件市場的發展。
          
      目前,光BGA以其性能和價格優勢正成為封裝的主流技術。為滿足高速信號傳輸、微型化和低成本光傳輸網絡需要,光BGA封裝技術還在不斷發展。未來將進行高頻封裝的高密度設計,不斷開發包括低損耗布線和低介電陶瓷材料在內的新型材料,并將按照系統級可靠性進行2nd組件可靠性測試。

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