BGA CSP封装技术DOC 51.docx

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BGACSP封装技术DOC51

BGA封装技术

结论：

本文简要介绍了BGA包装产品的特性和结构以及某些BGA产品的包装过程。

比较了BGA封装线/面芯片绑定中两种芯片和基板互连方法，并比较了几种常规BGA封装的成本/性能比较和BGA产品的可靠性。

此外，还提出了在中国发展BGA包装技术的建议。

关键字：

BGA;结构体;基质;有线连接；倒装螺纹

中文图书馆分类号：

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简介1

在当前的信息时代，随着电子工业的迅猛发展，诸如计算机和手机之类的产品正变得越来越流行。

人们对电子产品的功能要求越来越高，性能要求也越来越强，但是尺寸要求却越来越小，重量要求也越来越轻。

这促进了电子产品向多功能，高性能，小型化和轻量化的方向发展。

为了实现这个目标，IC芯片的功能尺寸将越来越小，复杂度将继续增加，因此电路中的I/O数量将增加，并且光束的I/O强度将继续增加。

为了适应这些发展需求，出现了一些先进的高密度封装技术，而BGA封装技术就是其中之一。

集成电路封装的发展趋势如图1所示。

从图中可以看出，当前的BGA封装技术在小型，轻巧和高性能封装中占据主要地位。

BGA包装出现在1990年代初期，现已发展成为一种成熟的高密度包装技术。

在所有类型的半导体集成电路封装中，BGA封装在1996年至2001年的5年中增长最快。

1999年，BGA的产量约为10亿个，预计2004年将达到36亿个。

但是，这些都是有限的。

迄今为止，该技术一直以高密度，高性能的硬件封装为基础，并且技术继续朝着细微间距和高I/O端子的方向发展。

BGA封装技术主要应用于计算机芯片，微处理器/控制器，ASIC，门阵列，存储器，DSP，PDA和PLD等封装设备。

2BGA封装功能

BGA（Bdll阵列），即焊接阵列阵列焊机，它在封装主体层的底部创建阵列焊球，作为电路和印刷电路板（PCB）的I/O端。

配备此技术的设备是表面安装设备。

与传统的脚上安装设备（如QFP，PLCC等领先设备）相比，BGA盒装设备具有以下特点。

1）有更多的I/O。

BGA封装器件的输入/输出数量主要取决于封装尺寸和焊球程度。

由于BGA光束焊接球以矩阵形式布置在光束基板下方，因此可以大大增加设备的输入/输出数量，可以减小光束尺寸，并可以节省集电极空间。

通常，在引线数量相同的情况下，封装尺寸可减少30％以上。

例如：

CBGA-49，BGA-320（第1步。

27mm（PLCC-44）间距为1。

27mm（和MOFP-304）间距为0。

8mm与图2相比，包装体积分别减少了84％和47％。

2）提高安置回报率并降低潜在成本。

常规QFP和PLCC器件的导销均匀地分布在封装主体周围，导螺杆的斜率为1。

27mm，1。

0mm，0。

8mm，0。

65mm，0。

5mm。

当输入/输出数量增加时，音高应该越来越小。

而当体育场<0。

4mm有时很难达到SMT设备的精度。

另外，引线销极容易变形，导致放置失败率增加。

用于BGA器件的焊球以矩阵形式布置在基板的底部，该矩阵可以布置更多的I/O。

5mm，1。

27mm，1。

0mm，BGA精密螺距（BGA印刷品，也称为CSP-BGA，如果螺距来自焊球<1。

0mm如果可以将其归类为CSP数据包，则音调为0。

8mm，0。

65mm，0。

5mm-与当前的SMT工艺设备兼容，放置失败率<10ppm。

3）BGA阵列焊球与基板之间的接触面大而短，有利于散热。

4）BGA阵列焊球引脚非常短，缩短了信号传输路径，降低了引线电感和电阻，从而改善了电路性能。

5）大大提高了I/O端的通用对称性，并大大减少了组装过程中由于对称性差引起的损耗。

6）BGA适合填充MCM，并且可以实现MCM的高密度和高性能。

7）BGA和〜BGA都比带有微间距印记封装的集成电路更坚固和可靠。

3BGA封装的类型和结构

BGA封装的类型很多，外壳是正方形或矩形的。

根据焊球的排列方式，可分为圆周型，梯度型和全阵列型BGA，如图3所示：

根据基材的不同，有三种基本类型：

PBGA（塑料塑料焊球组），CBGA（球阵列）六角陶瓷（TBGA）（传送带组，网状带组，球形焊料阵列）。

3.1PBGA封装（塑料球阵列）

PBGA封装，以BT树脂/夹层玻璃为基材，塑料（环氧模塑料）为密封材料，焊球为63Sn37Pb共晶焊接或62Sn36Pb2Ag半共晶焊接（某些制造商当前使用无铅焊料），不需要接触在焊球和包装体之间有一个附加焊缝。

PBGA光束的示意图如图4所示。

某些PBGA光束具有腔结构，分为两种类型：

镗孔和镗孔。

这种具有气蚀作用以改善散热性能的PBGA，简称为热增强BGA，EBGA，其中一些也称为CPBGA（空心塑料焊接球阵列）该结构的示意图如图5所示。

PBGA封装的优点如下：

1）与PCB板（印刷电路板-通常为FR-4）具有良好的热匹配性。

PBGA结构中BT树脂/夹层玻璃的热膨胀系数（CTE）约为14ppm/°C，PCB板约为17ppm/cC，两种材料的CTE相对接近，因此热匹配性很好。

2）在回流焊接过程中，焊球的自对准效果，即熔融焊球的表面张力，可用于满足焊球和焊垫的对准要求。

3）成本低。

4）良好的电气性能。

PBGA封装的缺点是它对湿气敏感，不适用于需要气密性和高可靠性的包装设备。

3.2CBGA封装（陶瓷球阵列）

在BGA封装系列中，CBGA的历史最长。

它的基板是多层陶瓷，金属盖通过钎焊焊接到基板上，以保护箔，细绳和焊盘。

焊球的材料为10Sn90Pb高温共晶焊接，焊球与封装体之间的接触需要使用63Sn37Pb低温共晶焊接。

结构图如图6所示，包装体积为10-35mm，标准焊球间距为1。

5mm，1。

27mm，1。

0mm。

CBGA（陶瓷球阵列）封装的优点如下：

1）良好的气密性和高防潮性，因此包装组件的长期可靠性很高。

2）与PBGA器件相比，电绝缘性能更好。

3）与PBGA器件相比，包装密度更高。

4）散热性能优于PBGA结构。

CBGA封装的缺点是：

1）由于陶瓷基板和PCB板之间的热膨胀系数（CTE）差异很大（A1203陶瓷基板的CTE约为7ppm/cm3，PCB的CTE约为17ppm/pen），因此热匹配弱，焊缝疲劳是主要原因。

失败的主要形式。

2）与PBGA机器相比，包装成本高。

3）将焊球对准封装体边缘的难度更大。

3.3CCGA（ceramiccolumnSddarray阵列陶瓷柱格

CCGA是CBGA的改进版本。

如图7所示。

两者之间的区别是：

CCGA使用的直径为0。

5mm高度1。

25mm〜2。

2mm替换CBGA中的焊接轴0。

87mm焊球直径提高了焊接接头的抗疲劳性。

因此，垂直结构可以减轻由热失配引起的陶瓷保持器和PCB之间的剪切应力。

3.4TBGA（胶带座球阵列）

TBGA是空腔结构，有两种方法将芯片和TBGA封装的基板结合在一起：

面芯片结合和引线结合。

芯片结合结构示意图如图8（a）所示。

箔是倒装芯片，粘贴在柔性多层导线输送带上。

圆周阵列焊球用作安装在柔性母线下方的电路输入/输出端子；其厚厚的密封盖板也是散热器（散热器），同时起到加强封装结构的作用，使柔性基板下方的焊球具有更好的均匀性。

TBGA导线与面向下的孔绑扎的示意图如图8（b）所示；滑块连接到铜散热片到主腔；箔片垫和多层柔性载带底垫通过连接导线可互换地实现。

用密封剂涂覆（涂覆或涂覆）电路芯片，螺纹和柔性传送带

TBGA的优点如下：

1）柔性梁输送带和PCB板的热匹配性能更好

2）回流焊过程中可以利用焊球的自动对准效果，

印刷焊球的表面张力用于满足焊球和板的对准要求。

3）这是最经济的BGA封装。

4）散热性能优于PBGA结构。

TBGA的缺点如下：

1）对水分敏感。

2）不同材料的多级组合会对可靠性产生不利影响。

3.5其他BGA数据包类型

MCM-PBGA（Multiplechipmodule-PBGA），多芯片PBGA单元，其结构如图9所示。

LBGA，微型BGA，它是芯片大小的封装。

切片朝下，使用TAB绑定实现芯片和梁的基板之间的互连，图10所示为LBGA结构图。

封装尺寸比芯片稍大（切片+0。

5mm）。

GBGA有3种类型的焊球场：

0。

65mm，0。

75mm和0。

8mm。

TAB导线连接和柔性模板连接是txBGA属性。

与其他芯片尺寸封装相比，它具有更高的可靠性。

SBGA（Stackedballgridarray），一种涂层的BGA，其结构图如图11所示。

etBGA，最薄的BGA结构，封装高度为0。

5mm，接近晶圆的尺寸。

图12示出了et-BGA结构的示意图，其中芯片朝下，并且使用线钩将芯片基板互连。

CTBGA，CVBGA（ThinandVeryThinChipArrayBGA），超薄和超薄BGA。

这种BGA中使用的基材是薄芯板，包装采用模压结构，包装高度为1.2mm。

表1显示了几种常规BGA封装的比较。

4BGA封装工艺

底层或中间层是BGA封装中非常重要的部分。

除了互连导线外，它们还可以用于控制阻抗并结合电感/电阻/电容。

因此，要求基板材料获得较高的rS玻璃化转变温度（约175230℃），高尺寸稳定性和低吸湿性，具有良好的电气性能和高可靠性。

金属层，绝缘层和基板介质也具有较高的粘附性。

4.1PBGA键合绕线工艺

4.1.1准备PBGA基板

在BT树脂/玻璃芯板的两侧层压非常薄的层（12〜18μm）铜箔，然后通过孔钻孔和开采。

使用传统的PCB加3232技术在基板的两面制作图案，例如导电条，电极和一组用于连接焊球的焊盘。

然后添加焊接面罩并制作图案，露出电极和焊接区域。

为了提高生产效率，基板通常包含多个PBG基板。

4.1.2封装过程

薄晶圆→晶圆切割机→粘接模具→等离子清洗→连接线→等离子清洗→模压包装→组装焊球→回流焊→表面打标→分开的→最终披露→桶包装测试

环氧银填充胶箔键合用于将IC芯片粘合到基板，然后金线粘合用于实现芯片与基板之间的连接，然后封装模具或施加液态胶以保护箔和键合线垫。

使用专门设计的抽吸工具设置熔点183℃直径30毫升（0。

75mm）将62/36/2Sn/Pb/Ag或63/37/Sn/Pb焊球放在焊盘上，并在常规回流炉中进行回流焊接。

不能超过最高固化温度230℃。

然后，使用CFC无机清洁剂对基板进行离心清洁，以去除包装体上的焊料颗粒和残留纤维，然后进行标签，分离，最终检查，测试，包装和存储。

以上是连接PBGA导线的包装过程。

4.2FC-CBGA包装工艺

4.2.1陶瓷基板

用于FC-CBGA的基板是多层陶瓷基板，并且其生产非常困难。

因为基板的线密度高，所以间距窄，有许多孔，并且基板中的缠结相对较高。

其主要过程是：

首先在高温下将多层陶瓷板共烧成多层陶瓷金属基板，然后在基板上制作多层金属线，然后进行电镀。

在CBGA组装中，基板，芯片和PCB之间的CTE不匹配是导致CBGA产品失效的主要因素。

为了改善这种情况，除了CCGA结构之外，还可以使用另一种陶瓷基板-HITCE。

4.2.2封装过程

晶圆毛刺，饼干切割，面板和流焊的准备-）圆角，导热油脂，密封焊缝的分布+封盖料斗的焊球组件-）通过流动标记焊斗+测试最终检验料斗以分离包装桶

4.3TBGA封装工艺流程

4.3.1TBGA输送带

TBGA的载带通常由聚酰亚胺材料制成。

在生产过