BGACSP封装技术资料Word格式文档下载.docx

1、这就促使电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向发展。为实现这一目标，IC芯片的特征尺寸就要越来越小,复杂程度不断增加，于是，电路的O数就会越来越多,封装的O密度就会不断增加。为了适应这一发展要求，一些先进的高密度封装技术就应运而生,GA封装技术就是其中之一。集成电路的封装发展趋势如图1所示。从图中可以看出,目前BA封装技术在小、轻、高性能封装中占据主要地位。A封装出现于年代初期,现已发展成为一项成熟的高密度封装技术。在半导体IC的所有封装类型中,196-001年这5年期间,BGA封装的增长速度最快。在19年,BGA的产量约为10亿只,在04年预计可达36亿只。但是，到目前为止该技术仅限于

2、高密度、高性能器件的封装，而且该技术仍朝着细节距、高/O端数方向发展。BGA封装技术主要适用于P芯片组、微处理器控制器、AIC、门阵、存储器、DSP、DA、PLD等器件的封装。2 BA封装的特点BGA（Bdl GridAry）封装，即焊球阵列封装,它是在封装体基板的底部制作阵列焊球作为电路的IO端与印刷线路板（PCB）互接。采用该项技术封装的器件是一种表面贴装型器件。与传统的脚形贴装器件（eadedDe如QFP、PCC等）相比，BGA封装器件具有如下特点。）/数较多。BGA封装器件的O数主要由封装体的尺寸和焊球节距决定。由于BGA封装的焊料球是以阵列形式排布在封装基片下面，因而可极大地提高器件

3、的IO数,缩小封装体尺寸，节省组装的占位空间。通常，在引线数相同的情况下,封装体尺寸可减小0%以上。例如:BG、BG30（节距1.27mm）分别与CC44（节距为1.2m）和MOFP30（节距为08mm）相比,封装体尺寸分别缩小了%和47%,如图2所示。2）提高了贴装成品率,潜在地降低了成本。传统的QFP、LCC器件的引线脚均匀地分布在封装体的四周，其引线脚的节距为17m、0mm、08mm、0.5mm、0.5m。当O数越来越多时，其节距就必须越来越小。而当节距04m时，ST设备的精度就难以满足要求。加之引线脚极易变形,从而导致贴装失效率增加。其BA器件的焊料球是以阵列形式分布在基板的底部的，可

4、排布较多的IO数,其标准的焊球节距为.5mm、1.27mm、1.0m，细节距BGA（印GA,也称为CSP-BGA,当焊料球的节距10mm时,可将其归为CS封装）的节距为0.8m、0.65m、0.5mm,与现有的MT工艺设备兼容，其贴装失效率10pm。3）BG的阵列焊球与基板的接触面大、短，有利于散热。4）BGA阵列焊球的引脚很短，缩短了信号的传输路径,减小了引线电感、电阻,因而可改善电路的性能。）明显地改善了IO端的共面性,极大地减小了组装过程中因共面性差而引起的损耗。6）BGA适用于CM封装，能够实现MM的高密度、高性能。7）BGA和BGA都比细节距的脚形封装的C牢固可靠。3 BA封装的类型

5、、结构BGA的封装类型多种多样,其外形结构为方形或矩形。根据其焊料球的排布方式可分为周边型、交错型和全阵列型BGA,如图所示:根据其基板的不同，主要分为三类:BA（licbllZdray塑料焊球阵列）、CBG（ceramcblSddaray陶瓷焊球阵列）、TBGA （te ball ridarra载带型焊球阵列）。3.1 BA（塑料焊球阵列）封装 PBGA封装,它采用树脂玻璃层压板作为基板，以塑料（环氧模塑混合物）作为密封材料,焊球为共晶焊料6Sn7P或准共晶焊料6n32A（目前已有部分制造商使用无铅焊料），焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料。PBGA封装的结构示意图如图4。有一些PBGA封

6、装为腔体结构,分为腔体朝上和腔体朝下两种。这种带腔体的PBA是为了增强其散热性能,称之为热增强型BGA,简称EBA，有的也称之为CPBA（腔体塑料焊球阵列），其结构示意图如图5。PBG封装的优点如下:）与PB板（印刷线路板-通常为F4板）的热匹配性好。PBGA结构中的BT树脂/玻璃层压板的热膨胀系数（CTE）约为14ppm，PCB板的约为7ppcC,两种材料的CTE比较接近,因而热匹配性好。2）在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用，即熔融焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求。3）成本低。4）电性能良好。PBGA封装的缺点是:对湿气敏感,不适用于有气密性要求和可靠性要求高的器件的封装。32

7、CGA（陶瓷焊球阵列）封装在BGA封装系列中,CBGA的历史最长。它的基板是多层陶瓷，金属盖板用密封焊料焊接在基板上,用以保护芯片、引线及焊盘。焊球材料为高温共晶焊料0S0Pb，焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料63Sn37b。其结构示意图如图6，封装体尺寸为1035mm，标准的焊球节距为.5mm、1.7mm、10mm。CGA（陶瓷焊球阵列）封装的优点如下：1）气密性好,抗湿气性能高，因而封装组件的长期可靠性高。2）与PGA器件相比，电绝缘特性更好。）与PB器件相比,封装密度更高。4）散热性能优于BA结构。BG封装的缺点是：1）由于陶瓷基板和PCB板的热膨胀系数（E）相差较大（13陶瓷基板的

8、CE约为ppmcC,C板的CT约为7pp/笔），因此热匹配性差，焊点疲劳是其主要的失效形式。）与PGA器件相比,封装成本高。3）在封装体边缘的焊球对准难度增加。3.3 CCA（crmclmndaray）陶瓷柱栅阵列CCA是CGA的改进型。如图所示。二者的区别在于：CCG采用直径为.5m、高度为5mm22m的焊料柱替代CGA中的087mm直径的焊料球，以提高其焊点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB板之间的剪切应力。3.4 TGA（载带型焊球阵列）TB是一种有腔体结构，A封装的芯片与基板互连方式有两种:倒装焊键合和引线键合。倒装焊键合结构示意图如图（a）;芯片倒装键合

9、在多层布线柔性载带上；用作电路IO端的周边阵列焊料球安装在柔性载带下面;它的厚密封盖板又是散热器（热沉），同时还起到加固封装体的作用，使柔性基片下面的焊料球具有较好的共面性。腔体朝下的引线键合TA结构示意图如图8（b）；芯片粘结在芯腔的铜热沉上；芯片焊盘与多层布线柔性载带基片焊盘用键合引线实现互连；用密封剂将电路芯片、引线、柔性载带焊盘包封（灌封或涂敷）起来。TBGA的优点如下：1）封装体的柔性载带和PCB板的热匹配性能较2）在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用,印焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求。3）是最经济的G封装。4）散热性能优于PBGA结构。TB的缺点如下:1）对湿气敏感。2）

10、不同材料的多级组合对可靠性产生不利的影响。5其它的GA封装类型MCM-PBGA（Mulipleipmodule-PBGA）,多芯片模块BG,它的结构如图9所示。LBGA，微,它是一种芯片尺寸封装。芯片面朝下，采用TAB键合实现芯片与封装基片焊盘互连的,LBA的结构示意图如图10。它的封装体尺寸仅略大于芯片（芯片+05m）。gB有3种焊球节距:0.65、0.75m和08mm。TB引线键合和弹性的芯片粘接是txGA的特征。与其它的芯片尺寸封装相比，它具有更高的可靠性。SBGA（tackeballidarray）,叠层BGA,它的结构示意图如图11所示。eBG，最薄的BGA结构,封装体高度为0.mm

11、,接近于芯片尺寸。芯片面朝下，芯片-基板互连采用引线键合方式的et-BGA的结构示意图如图1。TBGA、CVBGA（hianryhinhiArraBA）,薄型、超薄型BGA。该种BGA使用的基板是薄的核心层压板，包封采用模塑结构,封装体高度为1.2m。几种常规A封装类型的比较如表1所示。4BGA的封装工艺流程基板或中间层是BGA封装中非常重要的部分,除了用于互连布线以外,还可用于阻抗控制及用于电感/电阻/电容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃转化温度rS（约为17530）、高的尺寸稳定性和低的吸潮性,具有较好的电气性能和高可靠性。金属薄膜、绝缘层和基板介质间还要具有较高的粘附性能。41引线键

12、合PGA的封装工艺流程411 PBA基板的制备在T树脂玻璃芯板的两面层压极薄（118m厚）的铜箔,然后进行钻孔和通孔金属化。用常规的PCB加322艺在基板的两面制作出图形,如导带、电极、及安装焊料球的焊区阵列。然后加上焊料掩膜并制作出图形,露出电极和焊区。为提高生产效率,一条基片上通常含有多个PB基板。42 封装工艺流程圆片减薄圆片切削芯片粘结等离子清洗引线键合等离子清洗模塑封装装配焊料球回流焊表面打标分离最终检查测试斗包装芯片粘结采用充银环氧粘结剂将IC芯片粘结在基板上，然后采用金线键合实现芯片与基板的连接，接着模塑包封或液态胶灌封,以保护芯片、焊接线和焊盘。使用特殊设计的吸拾工具将熔点为8

13、3、直径为3il（0.5mm）的焊料球62/36/2Sn/Pb/Ag或637n/P放置在焊盘上,在传统的回流焊炉内进行回流焊接,最高加工温度不能够超过20。接着使用CFC无机清洗剂对基片实行离心清洗,以去除残留在封装体上的焊料和纤维颗粒，其后是打标、分离、最终检查、测试和包装入库。上述是引线键合型PBG的封装工艺过程。42FC-BGA的封装工艺流程.2.1 陶瓷基板CCBA的基板是多层陶瓷基板,它的制作是相当困难的。因为基板的布线密度高、间距窄、通孔也多,以及基板的共面性要求较高等。它的主要过程是：先将多层陶瓷片高温共烧成多层陶瓷金属化基片,再在基片上制作多层金属布线,然后进行电镀等。在CBA的组装中,基板与芯片、PCB板的CE失配是造成CBA产品失效的主要因素。要改善这一情况,除采用CGA结构外,还可使用另外一种陶瓷基板-HITCE陶瓷基板。42 封装工艺流程圆片凸点的制备呻圆片切割呻芯片倒装及回流焊）底部填充呻导热脂、密封焊料的分配+封盖斗装配焊料球-）回流焊斗打标分离呻最终检查斗测试斗包装4.3引线键合TBGA的封装工艺流程.31 TBGA载带TBGA的载带通常是由聚酰亚胺材料制成的。在制作时,先在载带的两面进行覆铜,然后镀镍和镀金,接着冲通孔和通孔金属化及制作出图形。因为在这种引线键合TG中，封装热沉又是封