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样品
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I/O数量
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由于温度变化而导致的偏移
（mil/in）
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BGA1
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352
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3.8
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BGA2
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352
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2.8
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BGA3
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352
|
3.3
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BGA4
|
352
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1.1
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BGA5
|
352
|
1.3
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BGA6
|
352
|
1.7
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BGA7
|
352
|
2.0
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BGA8
|
352
|
1.7
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BGA9
|
352
|
1.4
|
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BGA 10
|
352
|
1.7
|
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BGA11
|
352
|
1.8
|
|
BGA12
|
352
|
2.0
|
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BGA13
|
352
|
0.8
|
|
BGA14
|
352
|
1.2
|
|
平均
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352
|
1.9
|
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BGA15
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652
|
0.5
|
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BGA16
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652
|
0.6
|
|
BGA17
|
652
|
0.5
|
|
平均
|
652
|
0.5
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表2：高温下球栅阵列的偏移（mil/in）
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样品
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由于温度变化而导致的偏移
（mil/in）
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电路卡组件，再流
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4.2
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电路卡组件，低温
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0.4
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表3：高温下的电路卡组件的 （mil/in）
修正措施
根据在高温下观察到的热偏差，该研究小组确定系统偏差的最大影响是印制线路板。此外，该研究小组在设计方面对球栅阵列和封装技术没有多大影响。可以明确地说，应该修改印制线路板层的堆栈，以便能够均衡多层PWB的结构，尽量减少可能产生的翘曲。
该研究小组对19层PWB的设计进行了研究。为了均衡多层PWB的结构，需要PWB供应商、机械工程（散热）和产品开发工程（PWB封装）方面的材料。虽然，使用的是具有10 阻抗控制层和9平面层的0.093″厚的PWB，但是，供应商使用历史数据来确定附加铜层是否能成功地加到堆栈板中，同时保持整体厚度的要求。此外，通过机械工程获得的温度测量值可以降低许多设计中所需的铜量。因此，产品开发工程能够通过将1盎司和2盎司的铜平面相组合的方式均衡这种结构，以保持厚度、阻抗和散热的要求。除此之外，在某些设计中，所有的2盎司的铜平面层可用1盎司的铜来替代。见附件A的PWB堆栈前后的抽点打印。
序列层压的PWB在热循环过程中显示出较严重的偏差，不过，从序列层压的投影上看，板子还算是较均衡的。分别来看PWB的每半边与整个板子相比还是均衡的。研究小组相信可以不修改设计，然而，由于这些设计是单独制造的，所以内在变化会带来风险的。
后续测试/随后说明
在板子的结构均衡后，样品将反馈到Akrometrix进行重新测试。将对6个PWB在相同的再流曲线下进行模拟，其在以往的测试中已采用过这种方法。将板子置于125℃下，再次烘干处理达4小时，在相同的温度下测量翘曲值。测得的数据说明这6块PWB在高温下的偏移明显下降。见下面表4的偏移数据。
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样品
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结构类型
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由于温度变化导致的偏差
（mil/in）
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PWB1
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多层高温环氧树脂板
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1.4
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PWB2
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多层高温环氧树脂板
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1.6
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PWB3
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多层高温环氧树脂板
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3.0
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PWB4
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多层高温环氧树脂板
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1.0
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PWB5
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多层高温环氧树脂板
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0.9
|
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PWB6
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多层高温环氧树脂板
|
1.8
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|
平均
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1.6
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表4：重新设计的在高温下对称的印制线路板偏差（mil/in）。
现在已有几百个板子是用新的均衡的印制线路板组装的。没有发现由于印制线路板翘曲而导致的BGA开路的现象。
结论
这种分析说明在高温下印制线路板偏差与BGA开路之间有关系。在高温下PWB会出现明显的翘曲，而且很有可能导致焊料球和BGA封装之间的焊点界面出现开裂。业已证实，在室温下是平坦的、能够满足标准的平整度技术规范的印制线路板在高温偏差下会翘曲，随后会返回到“标称的”室温下。因此，为了尽可能地减少板子在高温下的翘曲，板子应具备均衡的结构，这一点是很重要的。
致谢
作者在此向BGA缺陷研究小组的成员Pete Peterson，John Sanders，Kent Schumacher，Gordon Magnus，Phil Lloyd和Justin McMillan在查找球栅阵列缺陷的原因所做的工作和在如何重新设计印制线路板中所投入的精力和时间表示感谢。在此还要感谢Akrometrix公司的员工Patrick Hassell，Mark Solomom和 Greg Petriceionc给予的技术协助以及Raytheon故障分析实验室的Robert Champaign，Marlin Downwy，Todd Snively，Jie Colangelo和 Jodi Roepsch给予的支持。
参考资料
[1] Akrometrix LLC，“全波整流管翘曲分析，” May 2001。
[2] Akrometrix LLC，“全波整流管翘曲分析，” December 2001。
[3] Akrometrix LLC，“使用 确定平整度，” 可通过下列网址查阅
http://www.warpfiner.com/shadowmoire.htm;
internet;accessed June 2003
[4] Hassell,Patrick B.,“Advanced Warpage Characterization：Location and Type of Displacement Can Be Equally As Important As Magnitude，” Proceedings of Pan Pacific Microelectronics Symposium Conference，Kauai，Hawaii，February 2001。
附件A： 初期PWB结构与均衡的PWB结构比较
图 略
图中文字：初期结构 均衡的结构
Cu层# Cu层#
PWB—在室温下的平坦度 PWB—在室温下的平坦度
CCA—在室温下的平坦度 CCA—在室温下的平坦度
0″094 厚度（标称） 0″094 厚度（标称）
在高温下广泛的共面性变化 在高温下广泛的共面性变化
标记:
2盎司的铜板层
b阶或芯线介电材料(高温环氧树脂)
1/2或1盎司铜层
[align=right][color=#000066][此贴子已经被作者于2005-3-11 10:29:31编辑过][/color][/align]
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Kyra Ewer and Jeffrey Seekatz<|||>
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Kyra Ewer and Jeffrey Seekatz<|||>
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2005-3-11 |
