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发布人:wdsbga.com 新闻来源:深圳市智诚精展科技有限公司 发布时间:

 

1 引言
   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,TCT达1000次(-25-125℃);
③月产量为1百万只,每个低成本插件为0.8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 光BGA概念
   光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。
   光BGA封装是高密度、高I/O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,I/O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。
   光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 光BGA封装材料

 

 

   光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 光BGA封装特性
光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(10Gb/s)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。
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1.5W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2.4Gb/s的DFB-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。在传输速率为 2.5GHz时,回波损耗为-20.83dB、插入损耗为-0.09dB;在传输速率为10GHz时,回波损耗为-19.00dB、插入损耗为 -0.96dB。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,2.4Gb/s速率传输网络和10Gb/s速率数据通信网络领域市场正在增长。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,震讯BGA以其性能和价格优势正成为市场的主流。为满足高速信号传输、微型化和低成本光传输网络需要,技术创新还在不断发展。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。

 
 
深圳市智诚精展科技有限公司
2014-04-10