BGA封裝工藝技術(shù)

1、BGA封裝技術(shù)摘要:本文簡述了BGA封裝產(chǎn)品的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)以及一些BGA產(chǎn)品的封裝工藝流程，對BGA封裝中芯片和基板兩種互連方法-引線鍵合/倒裝焊鍵合進(jìn)行了比較以及對幾種常規(guī)BGA封裝的成本/性能的比較，并介紹了BGA產(chǎn)品的可靠性。另外，還對開發(fā)我國BGA封裝技術(shù)提出了建議。關(guān)鍵詞：BGA；結(jié)構(gòu)；基板；引線鍵合；倒裝焊鍵合中圖分類號：TN305.94文獻(xiàn)標(biāo)識碼1引言在當(dāng)今信息時代，隨著電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)、移動電話等產(chǎn)品日益普及。人們對電子產(chǎn)品的功能要求越來越多、對性能要求越來越強(qiáng)，而體積要求卻越來越小、重量要求越來越輕。這就促使電子產(chǎn)品向多功能、高性能和小型化、輕型化方向發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)這一

2、目標(biāo)，IC芯片的特征尺寸就要越來越小，復(fù)雜程度不斷增加，于是，電路的I/O數(shù)就會越來越多，封裝的I/O密度就會不斷增加。為了適應(yīng)這一發(fā)展要求，一些先進(jìn)的高密度封裝技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生，BGA封裝技術(shù)就是其中之一。集成電路的封裝發(fā)展趨勢如圖1所示。從圖中可以看出，目前BGA封裝技術(shù)在小、輕、高性能封裝中占據(jù)主要地位。BGA封裝出現(xiàn)于90年代初期，現(xiàn)已發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的高密度封裝技術(shù)。在半導(dǎo)體IC的所有封裝類型中，1996-2001年這5年期間，BGA封裝的增長速度最快。在1999年，BGA的產(chǎn)量約為10億只，在2004年預(yù)計(jì)可達(dá)36億只。但是，到目前為止該技術(shù)僅限于高密度、高性能器件的封裝，而且該技術(shù)

3、仍朝著細(xì)節(jié)距、高I/O端數(shù)方向發(fā)展。BGA圭寸裝技術(shù)主要適用于PC芯片組、微處理器/控制器、ASIC、門陣、存儲器、DSP、PDA、PLD等器件的封裝。2BGA封裝的特點(diǎn)BGA（BdllGridArray）封裝，即焊球陣列封裝，它是在封裝體基板的底部制作陣列焊球作為電路的I/O端與印刷線路板（PCB）互接。采用該項(xiàng)技術(shù)封裝的器件是一種表面貼裝型器件。與傳統(tǒng)的腳形貼裝器件（LeadedDece如QFP、PLCC等）相比，BGA封裝器件具有如下特點(diǎn)。1）I/O數(shù)較多。BGA封裝器件的I/O數(shù)主要由封裝體的尺寸和焊球節(jié)距決定。由于BGA封裝的焊料球是以陣列形式排布在封裝基片下面，因而可極大地提高器件

4、的I/O數(shù)，縮小封裝體尺寸，節(jié)省組裝的占位空間。通常，在引線數(shù)相同的情況下，封裝體尺寸可減小30%以上。例如：CBGA-49、BGA-320（節(jié)距1.27mm）分別與PLCC-44（節(jié)距為127mm）和MOFP-304（節(jié)距為0.8mm）相比，封裝體尺寸分別縮小了84%和47%，如圖2所示。2）提高了貼裝成品率，潛在地降低了成本。傳統(tǒng)的QFP、PLCC器件的引線腳均勻地分布在封裝體的四周，其引線腳的節(jié)距為1.27mm、1Omm、08mm、065mm、05mm。當(dāng)I/O數(shù)越來越多時，其節(jié)距就必須越來越小。而當(dāng)節(jié)距04mm時，SMT設(shè)備的精度就難以滿足要求。加之引線腳極易變形，從而導(dǎo)致貼裝失效率增

5、加。其BGA器件的焊料球是以陣列形式分布在基板的底部的，可排布較多的I/O數(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)的焊球節(jié)距為15mm、127mm、10mm，細(xì)節(jié)距BGA（印BGA，也稱為CSP-BGA，當(dāng)焊料球的節(jié)距10mm時，可將其歸為CSP封裝）的節(jié)距為08mm、065mm、05mm，與現(xiàn)有的SMT工藝設(shè)備兼容，其貼裝失效率v10ppm。3）BGA的陣列焊球與基板的接觸面大、短，有利于散熱。BGA陣列焊球的引腳很短，縮短了信號的傳輸路徑，減小了引線電感、電阻，因而可改善電路的性能。明顯地改善了I/O端的共面性，極大地減小了組裝過程中因共面性差而引起的損耗。BGA適用于MCM封裝，能夠?qū)崿F(xiàn)MCM的高密度、高性能。BGA

6、和BGA都比細(xì)節(jié)距的腳形封裝的IC牢固可靠。3BGA封裝的類型、結(jié)構(gòu)BGA的封裝類型多種多樣，其外形結(jié)構(gòu)為方形或矩形。根據(jù)其焊料球的排布方式可分為周邊型、交錯型和全陣列型BGA,如圖3所示：根據(jù)其基板的不同，主要分為三類：PBGA(PlasticballZddarray塑料焊球陣列)、CBGA（ceramicballSddarray陶瓷焊球陣列）、TBGA（tapeballgridarray載帶型焊球陣列）。PBGA（塑料焊球陣列）封裝PBGA封裝，它采用BT樹脂/玻璃層壓板作為基板，以塑料（環(huán)氧模塑混合物）作為密封材料，焊球?yàn)楣簿Ш噶?3Sn37Pb或準(zhǔn)共晶焊料62Sn36Pb2Ag（目前已

7、有部分制造商使用無鉛焊料），焊球和封裝體的連接不需要另外使用焊料。PBGA封裝的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。有一些PBGA封裝為腔體結(jié)構(gòu)，分為腔體朝上和腔體朝下兩種。這種帶腔體的PBGA是為了增強(qiáng)其散熱性能，稱之為熱增強(qiáng)型BGA，簡稱EBGA，有的也稱之為CPBGA（腔體塑料焊球陣列），其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5。PBGA封裝的優(yōu)點(diǎn)如下：1）與PCB板（印刷線路板-通常為FR-4板）的熱匹配性好。PBGA結(jié)構(gòu)中的BT樹脂/玻璃層壓板的熱膨脹系數(shù)（CTE）約為14ppm/C,PCB板的約為17ppm/cC,兩種材料的CTE比較接近，因而熱匹配性好。2）在回流焊過程中可利用焊球的自對準(zhǔn)作用，即熔融焊球的表面張力來達(dá)

8、到焊球與焊盤的對準(zhǔn)要求。3）成本低。4）電性能良好。PBGA封裝的缺點(diǎn)是：對濕氣敏感，不適用于有氣密性要求和可靠性要求高的器件的封裝。3.2CBGA（陶瓷焊球陣列）封裝在BGA封裝系列中，CBGA的歷史最長。它的基板是多層陶瓷，金屬蓋板用密封焊料焊接在基板上，用以保護(hù)芯片、引線及焊盤。焊球材料為咼溫共晶焊料10Sn90Pb，焊球和封裝體的連接需使用低溫共晶焊料63Sn37Pb。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖6，封裝體尺寸為10-35mm，標(biāo)準(zhǔn)的焊球節(jié)距為1.5mm、1.27mm、1Omm。CBGA（陶瓷焊球陣列）封裝的優(yōu)點(diǎn)如下：1）氣密性好，抗?jié)駳庑阅芨撸蚨庋b組件的長期可靠性高。2）與PBGA器件相比，

9、電絕緣特性更好。3）與PBGA器件相比，封裝密度更高。4）散熱性能優(yōu)于PBGA結(jié)構(gòu)。CBGA封裝的缺點(diǎn)是：1）由于陶瓷基板和PCB板的熱膨脹系數(shù)（CTE）相差較大（A1203陶瓷基板的CTE約為7ppm/cC,PCB板的CTE約為17ppm/筆），因此熱匹配性差，焊點(diǎn)疲勞是其主要的失效形式。2）與PBGA器件相比，封裝成本高。3）在封裝體邊緣的焊球?qū)?zhǔn)難度增加。33CCGA（ceramiccolumnSddarray）陶瓷柱柵陣列CCGA是CBGA的改進(jìn)型。如圖7所示。二者的區(qū)別在于：CCGA采用直徑為05mm、高度為125mm22mm的焊料柱替代CBGA中的087mm直徑的焊料球，以提高其焊

10、點(diǎn)的抗疲勞能力。因此柱狀結(jié)構(gòu)更能緩解由熱失配引起的陶瓷載體和PCB板之間的剪切應(yīng)力。34TBGA（載帶型焊球陣列）TBGA是一種有腔體結(jié)構(gòu)，TBGA封裝的芯片與基板互連方式有兩種：倒裝焊鍵合和引線鍵合。倒裝焊鍵合結(jié)構(gòu)示意圖如圖8（a）；芯片倒裝鍵合在多層布線柔性載帶上；用作電路I/O端的周邊陣列焊料球安裝在柔性載帶下面；它的厚密封蓋板又是散熱器（熱沉），同時還起到加固封裝體的作用，使柔性基片下面的焊料球具有較好的共面性。腔體朝下的引線鍵合TBGA結(jié)構(gòu)示意圖如圖8（b）；芯片粘結(jié)在芯腔的銅熱沉上；芯片焊盤與多層布線柔性載帶基片焊盤用鍵合引線實(shí)現(xiàn)互連；用密封劑將電路芯片、引線、柔性載帶焊盤包封（灌

11、封或涂敷）起來。TBGA的優(yōu)點(diǎn)如下：1）封裝體的柔性載帶和PCB板的熱匹配性能較2）在回流焊過程中可利用焊球的自對準(zhǔn)作用，印焊球的表面張力來達(dá)到焊球與焊盤的對準(zhǔn)要求。3）是最經(jīng)濟(jì)的BGA封裝。4）散熱性能優(yōu)于PBGA結(jié)構(gòu)。TBGA的缺點(diǎn)如下：1）對濕氣敏感。2）不同材料的多級組合對可靠性產(chǎn)生不利的影響。35其它的BGA封裝類型MCM-PBGA(Multiplechipmodule-PBGA),多芯片模塊PBGA，它的結(jié)構(gòu)如圖9所示。LBGA,它是一種芯片尺寸封裝。芯片面朝下，采用TAB鍵合實(shí)現(xiàn)芯片與封裝基片焊盤互連的，LBGA的結(jié)構(gòu)示意圖如圖10。它的圭寸裝體尺寸僅略大于芯片（芯片+05mm）

12、。gBGA有3種焊球節(jié)距：065mm、0.75mm和0.8mm。TAB引線鍵合和彈性的芯片粘接是txBGA的特征。與其它的芯片尺寸封裝相比，它具有更高的可靠性。4BGA的封裝工藝流程SBGA(Stackedballgridarray),疊層BGA，它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖11所示。etBGA，最薄的BGA結(jié)構(gòu)，圭寸裝體高度為05mm,接近于芯片尺寸。芯片面朝下，芯片-基板互連采用引線鍵合方式的et-BGA的結(jié)構(gòu)示意圖如圖12。CTBGA、CVBGA(ThinandVeryThinChipArrayBGA)，薄型、超薄型BGA。該種BGA使用的基板是薄的核心層壓板，包封采用模塑結(jié)構(gòu)，封裝體高度為。幾種

13、常規(guī)BGA封裝類型的比較如表1所示。基板或中間層是BGA封裝中非常重要的部分，除了用于互連布線以外，還可用于阻抗控制及用于電感/電阻/電容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度rS（約為175230C）、高的尺寸穩(wěn)定性和低的吸潮性，具有較好的電氣性能和高可靠性。金屬薄膜、絕緣層和基板介質(zhì)間還要具有較咼的粘附性能。4.1引線鍵合PBGA的封裝工藝流程4.1.1PBGA基板的制備在BT樹脂/玻璃芯板的兩面層壓極薄（1218um厚）的銅箔，然后進(jìn)行鉆孔和通孔金屬化。用常規(guī)的PCB加3232藝在基板的兩面制作出圖形，如導(dǎo)帶、電極、及安裝焊料球的焊區(qū)陣列。然后加上焊料掩膜并制作出圖形，露出電極和焊

14、區(qū)。為提高生產(chǎn)效率，一條基片上通常含有多個PBG基板。412封裝工藝流程圓片減薄f圓片切削f芯片粘結(jié)f等離子清洗f引線鍵合f等離子清洗f模塑封裝f裝配焊料球f回流焊f表面打標(biāo)f分離f最終檢查f測試斗包裝芯片粘結(jié)采用充銀環(huán)氧粘結(jié)劑將IC芯片粘結(jié)在基板上，然后采用金線鍵合實(shí)現(xiàn)芯片與基板的連接，接著模塑包封或液態(tài)膠灌封，以保護(hù)芯片、焊接線和焊盤。使用特殊設(shè)計(jì)的吸拾工具將熔點(diǎn)為183C、直徑為30mil(075mm)的焊料球62/36/2Sn/Pb/Ag或63/37/Sn/Pb放置在焊盤上，在傳統(tǒng)的回流焊爐內(nèi)進(jìn)行回流焊接，最高加工溫度不能夠超過230C。接著使用CFC無機(jī)清洗劑對基片實(shí)行離心清洗，以去

15、除殘留在封裝體上的焊料和纖維顆粒，其后是打標(biāo)、分離、最終檢查、測試和包裝入庫。上述是引線鍵合型PBGA的封裝工藝過程。4.2FC-CBGA的封裝工藝流程42.1陶瓷基板FC-CBGA的基板是多層陶瓷基板，它的制作是相當(dāng)困難的。因?yàn)榛宓牟季€密度高、間距窄、通孔也多，以及基板的共面性要求較高等。它的主要過程是：先將多層陶瓷片高溫共燒成多層陶瓷金屬化基片，再在基片上制作多層金屬布線，然后進(jìn)行電鍍等。在CBGA的組裝中，基板與芯片、PCB板的CTE失配是造成CBGA產(chǎn)品失效的主要因素。要改善這一,情況，除采用CCGA結(jié)構(gòu)外，還可使用另外一種陶瓷基板-HITCE陶瓷基板。4.2.2封裝工藝流程圓片凸點(diǎn)

16、的制備呻圓片切割呻芯片倒裝及回流焊-）底部填充呻導(dǎo)熱脂、密封焊料的分配+封蓋斗裝配焊料球-）回流焊斗打標(biāo)+分離呻最終檢查斗測試斗包裝4.3引線鍵合TBGA的封裝工藝流程431TBGA載帶TBGA的載帶通常是由聚酰亞胺材料制成的。在制作時，先在載帶的兩面進(jìn)行覆銅，然后鍍鎳和鍍金，接著沖通孔和通孔金屬化及制作出圖形。因?yàn)樵谶@種引線鍵合TBGA中，封裝熱沉又是封裝的加固體，也是管殼的芯腔基底，因此在封裝前先要使用壓敏粘結(jié)劑將載帶粘結(jié)在熱沉上。432封裝工藝流程圓片減薄f圓片切割f芯片粘結(jié)f清洗f引線鍵合f等離子清洗f液態(tài)密封劑灌封f裝配焊料球f回流焊f表面打標(biāo)f分離f最終檢查f測試f包裝BGA封裝中

17、常用材料的特性如表25BGA封裝中IC芯片與基片連接方式的比較BGA封裝結(jié)構(gòu)中芯片與基板的互連方式主要有兩種：引線鍵合和倒裝焊。目前BGA的I/O數(shù)主要集中在1001000。成本、性能和可加工能力是選擇使用何種方式時主要考慮因素。采用引線鍵合的BGA的I/O數(shù)常為50540,采用倒裝焊方式的I/O數(shù)常540。另外，選用哪一種互連方式還取決于所使用封裝體基片材料的物理特性和器件的應(yīng)用條件。目前PBGA的互連常用引線鍵合方式，CBGA常用倒裝焊方式，TBGA兩種互連方式都有使用。目前，當(dāng)I/O數(shù)600時，引線鍵合的成本低于倒裝焊。但是，倒裝焊方式更適宜大批量生產(chǎn)，而如果圓片的成品率得到提高，那么就

18、有利于降低每個器件的成本。并且倒裝焊更能縮小封裝體的體積。5.1引線鍵合方式引線鍵合方式歷史悠久，具有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，它的加工靈活性、材料/基片成本占有主要的優(yōu)勢。其缺點(diǎn)是設(shè)備的焊接精度已經(jīng)達(dá)到極限。引線鍵合是單元化操作。每一根鍵合線都是單獨(dú)完成的。鍵合過程是先將安裝在基片或熱沉上的IC傳送到鍵合機(jī)上，機(jī)器的圖像識別系統(tǒng)識別出芯片，計(jì)算和校正每一個鍵合點(diǎn)的位置，然后根據(jù)鍵合圖用金線來鍵合芯片和基片上的焊盤，以實(shí)現(xiàn)芯片與基片的互連。它是單點(diǎn)、單元化操作。采用引線鍵合技術(shù)必須滿足以下條件：511精密距焊接技術(shù)在100500的高I/O數(shù)的引線鍵合中，IC芯片的焊盤節(jié)距非常小，其中心距通常約為7090

19、um，有的更小。目前的鍵合機(jī)最小已能實(shí)現(xiàn)35um的中心距焊接。512低弧度、長弧線技術(shù)在BGA的鍵合中，受控弧線長度通常為38mm，其最大變化量約為2.5mm。弧線高度約為100200um,弧線高度的變化量7口m,芯片與基片上外引線腳的高度差約為0.4056mm,IC芯片厚度約為02035mm。在高密度互連中，弧線彎曲、蹋絲、偏移是不允許的。另外，在基片上的引線焊盤外圍通常有兩條環(huán)狀電源/地線，鍵合時要防止金線與其短路，其最小間隙必須25Llm，這就要求鍵合引線必須具有高的線性度和良好的弧形。513鍵合強(qiáng)度由于芯片和基片上的焊盤面積都比較小，所以精密距焊接時使用的劈刀是瓶頸型劈刀，頭部直徑也較

20、小，而小直徑的劈刀頭部和窄引線腳將導(dǎo)致基片上焊點(diǎn)的橫截面積較小，從而會影響鍵合強(qiáng)度。514低溫處理塑封BGA的基片材料通常是由具有低玻璃化溫度（Tg約為175C）、高的熱膨脹系數(shù)（CTE約為13ppm/C）的聚合物樹脂制成的，因此在封裝過程中的芯片裝片固化、焊線、模塑等都必須在較低的溫度下進(jìn)行。而當(dāng)在低溫下進(jìn)行鍵合時，對鍵合強(qiáng)度和可靠性會產(chǎn)生不良影響。要解決這一問題就必須要求鍵合機(jī)的超聲波發(fā)生器具有較高（100kHz以上）的超聲頻率。因此，在制造工藝上對鍵合機(jī)、鍵合工具、鍵合絲都提出了挑戰(zhàn)。對鍵合機(jī)的要求：具有良好的成球控制能力，具有100kHz以上的超聲頻率，能在低溫下實(shí)現(xiàn)精密距焊接，能精確

21、地控制鍵合引線弧形，鍵合質(zhì)量具有良好的重復(fù)性等。目前新一代的鍵合機(jī)都能滿足上述要求。對劈刀的要求：必須具有良好的幾何形狀，能適應(yīng)高頻鍵合,以提供足夠高的鍵合強(qiáng)度；材質(zhì)好，使用壽命長。對鍵合絲的要求：必須具有好的中、低弧度長弧線性能，良好的韌性及抗拉強(qiáng)度。52倒裝焊方式最近幾年，倒裝焊技術(shù)的應(yīng)用急劇增長，它與引線鍵合技術(shù)相比，有3個特點(diǎn)：倒裝焊技術(shù)克服了引線鍵合焊盤中心距極限的問題。在芯片的電源/地線分布設(shè)計(jì)上給電子設(shè)計(jì)師提供了更多的便利。為高頻率、大功率器件提供更完善的信號。倒裝焊具有焊點(diǎn)牢固、信號傳輸路徑短、電源/地分布、I/O密度高、封裝體尺寸小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是由于凸點(diǎn)的制備是在

22、前工序完成的，因而成本較高。倒裝焊的凸點(diǎn)是在圓片上形成的，制成后再進(jìn)行圓片切割，合格的芯片被吸附、浸入助焊劑中，然后放置在基片上（在芯片的移植和處理過程中，助焊劑必須有足夠的粘度來粘住芯片），接著將焊料球回流以實(shí)現(xiàn)芯片與基片的互連。在整個加工過程中，工藝處理的是以圓片、芯片和基片方式進(jìn)行的，它不是單點(diǎn)操作，因而處理效率較高。采用倒裝焊方式需要考慮的幾個相關(guān)問題。52.1基板技術(shù)對倒裝焊而言，現(xiàn)在有許多基板可供選擇，選擇的關(guān)鍵因素在于材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、電阻率和導(dǎo)熱率等。在基板與芯片（一級互連）之間或基板與PCB板（二級互連）之間的TCE失配是造成產(chǎn)品失效的主要原因。

23、CTE失配產(chǎn)生的剪切應(yīng)力將引起焊接點(diǎn)失效。通常封裝體的信號的完整性與基片的絕緣電阻、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗有直接的關(guān)系。介電常數(shù)、介質(zhì)損耗與工作頻率關(guān)系極大，特別是在頻率lGHz時。當(dāng)選擇基板時應(yīng)考慮上述因素。對倒裝焊而言，使用有機(jī)物基板非常流行，它是以高密度多層布線和微通孔基板技術(shù)為基礎(chǔ)制造的，其特點(diǎn)是有著低的互連電阻和低的介電常數(shù)。它的局限性在于：在芯片與基板之間高的CTE差會產(chǎn)生大的熱失配；在可靠性環(huán)境試驗(yàn)中，與同類型的陶瓷封裝器件相比，可靠性較差，其主要原因是水汽的吸附。現(xiàn)有的CBGA、CCGA封裝采用的基板為氧化鋁陶瓷基板，其局限性在于它的熱膨脹系數(shù)與PCB板或卡的熱膨脹系數(shù)相差較大，而

24、熱失配容易引起焊點(diǎn)疲勞。它的高介電常數(shù)、電阻率也不適用于高速、高頻器件?，F(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出一種新的陶瓷基板-HITCE陶瓷基板，它有3個主要特點(diǎn)，12.2ppm/C的CTE，低的介電常數(shù)5.4,低阻的銅互連系統(tǒng)。它綜合了氧化鋁陶瓷基板和有機(jī)物基板的最佳特性，其封裝產(chǎn)品的可靠性和電性能得以提高。表3為陶瓷基板和有機(jī)物基板材料特性的比較。52.2凸點(diǎn)技術(shù)也許倒裝焊技術(shù)得以流行是由于現(xiàn)在有各種各樣的凸點(diǎn)技術(shù)服務(wù)。現(xiàn)在常用的凸點(diǎn)材料為金凸點(diǎn)，95Pb5Sn、90Pbl0Sn焊料球（回流焊溫度約350C）,有的也采用63Pb37Sn焊料球（回流焊溫度約220C焊料凸點(diǎn)技術(shù)的關(guān)鍵在于當(dāng)節(jié)距縮小時，必須保持凸點(diǎn)尺

25、寸的穩(wěn)定性。焊料凸點(diǎn)尺寸的一致性及其共面性對倒裝焊的合格率有極大的影響。5.2.3底部填充在絕大多數(shù)的倒裝焊產(chǎn)品中都采用了底部填充劑，其作用是緩解芯片和基板之間由CTE差所引起的剪切應(yīng)力。6常規(guī)BGA封裝的成本性能比較常規(guī)BGA封裝的成本和性能比較如表4。7BGA產(chǎn)品的可靠性產(chǎn)品的封裝可靠性主要取決于封裝設(shè)計(jì)、封裝材料的選擇和組裝工藝。塑封料濕氣的吸附，界面的粘結(jié)強(qiáng)度，芯片、引線鍵合、焊料球接點(diǎn)處的應(yīng)力是影響器件可靠性的主要因素。目前所有采用BGA封裝的產(chǎn)品都能滿足以下的可靠性指標(biāo)：8我們的建議我國的封裝技術(shù)極為落后，目前仍然停留在PDIP、PSOP、PQFP、PLCC、PGA等較為低檔產(chǎn)品的

26、封裝上。國外的BGA封裝在1997年就已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)，在國內(nèi)除了合資或國外獨(dú)資企業(yè)外，沒有一家企事業(yè)單位能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)，其根本原因是既沒有市場需求牽引，也沒有BGA封裝需要的技術(shù)來支撐。對于國內(nèi)BGA封裝技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，希望國家能夠予以重視和政策性傾斜。開發(fā)BGA封裝技術(shù)目前需要解決的總是應(yīng)有以下幾項(xiàng)：需要解決BGA封裝的基板制造精度問題和基板多層布線的鍍通孔質(zhì)量問題；需要解決BGA封裝中的焊料球移植精度問題；倒裝焊BGA封裝中需要解決凸點(diǎn)的制備問題；需要解決BGA封裝中的可靠性問題。9結(jié)束語封裝密度、熱、電性能和成本是BGA封裝流行的主要原因。隨著時間的推移，BGA封裝會有越來越多的改進(jìn)

27、，性價比將得到進(jìn)一步的提高，由于其靈活性和優(yōu)異的性能，BGA封裝有著廣泛的前景。正因?yàn)锽GA封裝有如此的優(yōu)越性，我們也應(yīng)該開展BGA封裝技術(shù)的研究，把我國的封裝技術(shù)水平進(jìn)一步提高，為我國電子工業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。CSP封裝技術(shù)摘要：CSP技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來的新型集成電路封裝技術(shù)。應(yīng)用CSP技術(shù)封裝的產(chǎn)品封裝密度高，性能好，體積小，重量輕，與表面安裝技術(shù)兼容，因此它的發(fā)展速度相當(dāng)快，現(xiàn)已成為集成電路重要的封裝技術(shù)之一。目前已開發(fā)出多種類型CSP,品種多達(dá)100多種；另外，SP產(chǎn)品的市場也是很大的，并且還在不斷擴(kuò)大。但是CSP技術(shù)、CSP產(chǎn)品市場是國外的或國外公司的。我們需要開發(fā)我們的CSP技

28、術(shù)，當(dāng)然，開發(fā)CSP技術(shù)難度比較大，需要的資金多，因此需要國內(nèi)多個部門協(xié)作，以及國家投入較多的資金。關(guān)鍵詞：芯片尺寸封裝；封裝技術(shù)；表面安裝技術(shù)；基片中圖分類號：TN305.94文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A1前言CSP(ChipSizePackage)，即芯片尺寸封裝。它的面積(組裝占用印制板的面積)與芯片尺寸相同或比芯片尺寸稍大一些，而且很薄。這種封裝形式是由日本三菱公司在1994年提出來的。對于CSP，有多種定義：日本電子工業(yè)協(xié)會把CSP定義為芯片面積與封裝體面積之比大于80%的封裝；美國國防部元器件供應(yīng)中心的J-STK-012標(biāo)準(zhǔn)把CSP定義為LSI封裝產(chǎn)品的面積小于或等于LSI芯片面積的120%的封

29、裝；松下電子工業(yè)公司將之定義為LSI封裝產(chǎn)品的邊長與封裝芯片的邊長的差小于Imm的產(chǎn)品等。這些定義雖然有些差別，但都指出了CSP產(chǎn)品的主要特點(diǎn)：封裝體尺寸小。CSP技術(shù)是在電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代時提出來的，它的目的是在使用大芯片（芯片功能更多，性能更好，芯片更復(fù)雜）替代以前的小芯片時，其封裝體占用印刷板的面積保持不變或更小。正是由于CSP產(chǎn)品的封裝體小、薄，因此它的手持式移動電子設(shè)備中迅速獲得了應(yīng)用。在1996年8月，日本Sharp公司就開始了批量生產(chǎn)CSP產(chǎn)品；在1996年9月，日本索尼公司開始用日本TI和NEC公司提供的CSP產(chǎn)品組裝攝像機(jī)；在1997年，美國也開始生產(chǎn)CSP產(chǎn)品。目前，世界上

30、已有幾十家公司可以提供CSP產(chǎn)品，各類CSP產(chǎn)品品種多達(dá)一百種以上。由于CSP產(chǎn)品的體積小、薄，因而它改進(jìn)了封裝電路的高頻性能，同時也改善了電路的熱性能；另外，CSP產(chǎn)品的重量也比其它封裝形式的輕得多，除了在手持式移動電子設(shè)備中應(yīng)用外，在航天、航空，以及對電路的高頻性能、體積、重量有特殊要求的軍事方面也將獲得廣泛應(yīng)用。2CSP產(chǎn)品的特點(diǎn)CSP是目前最先進(jìn)的集成電路封裝形式，它具有如下一些特點(diǎn)：體積小。在各種封裝中，CSP是面積最小，厚度最小，因而是體積最小的圭寸裝。在輸入/輸出端數(shù)相同的情況下，它的面積不到05mm間距QFP的十分之一，是BGA（或PGA）的三分之一到十分之一。因此，在組裝時它

31、占用印制板的面積小，從而可提高印制板的組裝密度，厚度薄，可用于薄形電子產(chǎn)品的組裝；輸入/輸出端數(shù)可以很多。在相同尺寸的各類封裝中，CSP的輸入/輸出端數(shù)可以做得更多。例如，對于40mmx40mm的圭寸裝,QFP的輸入/輸出端數(shù)最多為304個,BGA的可以做到600-700個，而CSP的很容易達(dá)到1000個。雖然目前的CSP還主要用于少輸入/輸出端數(shù)電路的封裝；電性能好。CSP內(nèi)部的芯片與封裝外殼布線間的互連線的長度比QFP或BGA短得多，因而寄生參數(shù)小，信號傳輸延遲時間短，有利于改善電路的高頻性能。熱性能好。CSP很薄，芯片產(chǎn)生的熱可以很短的通道傳到外界。通過空氣對流或安裝散熱器的辦法可以對芯

32、片進(jìn)行有效的散熱；CSP不僅體積小，而且重量輕，它的重量是相同引線數(shù)的QFP的五分之一以下，比BGA的少得更多。這對于航空、航天，以及對重量有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品應(yīng)是極為有利的。CSP電路，跟其它封裝的電路一樣，是可以進(jìn)行測試、老化篩選的，因而可以淘汰掉早期失效的電路，提高了電路的可靠性；另外，CSP也可以是氣密封裝的，因而可保持氣密封裝電路的優(yōu)點(diǎn)。CSP產(chǎn)品，它的封裝體輸入/輸出端（焊球、凸點(diǎn)或金屬條）是在封裝體的底部或表面，適用于表面安裝。3CSP的分類目前，CSP產(chǎn)品已有100多種，封裝類型也多，主要有如下五種：3.1柔性基片CSP柔性基片CSP的IC載體基片是用柔性材料制成的，主要是塑料薄膜

33、。在薄膜上制作有多層金屬布線。采用TAB鍵合的柔性基片CSP產(chǎn)品的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。采用TAB鍵合的CSP，使用周邊焊盤芯片。硬質(zhì)基片CSP硬質(zhì)基片CSP的IC載體基片是用多層布線陶瓷或多層布線層壓樹脂板制成的。采用倒裝片的陶瓷基片CSP產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖如圖2；采用引線鍵合的樹脂基片CSP產(chǎn)品的典型結(jié)構(gòu)示意如圖3。33引線框架CSP引線框架CSP，使用類似常規(guī)塑封電路的引線框架，只是它的尺寸要小些，厚度也薄，并且它的指狀焊盤伸人到了芯片內(nèi)部區(qū)域。引線框架CSP多采用引線鍵合（金絲球焊）來實(shí)現(xiàn)芯片焊盤與引線框架CSP焊盤的連接。它的加工過程與常規(guī)塑封電路加工過程完全一樣，它是最容易形成規(guī)模生產(chǎn)

34、的。引線框架CSP產(chǎn)品的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。3.4圓片級CSP圓片級CSP，是先在圓片上進(jìn)行封裝，并以圓片的形式進(jìn)行測試，老化篩選，其后再將圓片分割成單一的CSP電路。35疊層CSP把兩個或兩個以上芯片重疊粘附在一個基片上，再封裝起來而構(gòu)成的CSP稱為疊層CSP。在疊層CSP中，如果芯片焊盤和CSP焊盤的連接是用鍵合引線來實(shí)現(xiàn)的，下層的芯片就要比上層芯片大一些，在裝片時，就可以使下層芯片的焊盤露出來，以便于進(jìn)行引線鍵合。在疊層CSP中，也可以將引線鍵合技術(shù)和倒裝片鍵合技術(shù)組合起來使用。如上層采用倒裝片芯片，下層采用引線鍵合芯片。引線鍵合疊層CSP結(jié)構(gòu)示意圖如圖5；倒裝片鍵合疊層CSP結(jié)構(gòu)示意

35、圖如圖6。4CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程目前，CSP產(chǎn)品的品種很多，封裝類型也很多，因而具體的封裝工藝也很多。不同類型的CSP產(chǎn)品有不同的封裝工藝，一些典型的CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程如下：4.1柔性基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程柔性基片CSP產(chǎn)品，它的芯片焊盤與基片焊盤問的連接方式可以是倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合。采用的連接方式不同，封裝工藝也不同。采用倒裝片鍵合的柔性基片CSP的封裝工藝流程圓片f二次布線（焊盤再分布）f（減?。┬纬赏裹c(diǎn)f劃片f倒裝片鍵合f模塑包封f（在基片上安裝焊球）f測試、篩選f激光打標(biāo)（2）采用TAB鍵合的柔性基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程圓片f（在圓片上制作凸點(diǎn)）減薄、

36、劃片fTAB內(nèi)焊點(diǎn)鍵合（把引線鍵合在柔性基片上）fTAB鍵合線切割成型fTAB外焊點(diǎn)鍵合f模塑包封f（在基片上安裝焊球）f測試f篩選f激光打標(biāo)(3)采用引線鍵合的柔性基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程圓片f減薄、劃片f芯片鍵合f引線鍵合f模塑包封f(在基片上安裝焊球)f測試、篩選f激光打標(biāo)2硬質(zhì)基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程硬質(zhì)基片CSP產(chǎn)品封裝工藝與柔性基片的封裝工藝一樣，芯片焊盤與基片焊盤之間的連接也可以是倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合。它的工藝流程與柔性基片CSP的完全相同，只是由于采用的基片材料不同，因此，在具體操作時會有較大的差別。4.3引線框架CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程引線框架CSP產(chǎn)品的

37、封裝工藝與傳統(tǒng)的塑封工藝完全相同，只是使用的引線框架要小一些，也要薄一些。因此，對操作就有一些特別的要求，以免造成框架變形。引線框架CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程如下：圓片f減薄、劃片f芯片鍵合f引線鍵合f模塑包封f電鍍f切篩、引線成型f測試f篩選f激光打標(biāo)44圓片級CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程在圓片上制作接觸器的圓片級CSP的封裝工藝流程；圓片f二次布線f減薄f在圓片上制作接觸器f接觸器電鍍f測試、篩選f劃片f激光打標(biāo)在圓片上制作焊球的圓片級CSP的封裝工藝流程圓片f二次布線f減薄f在圓片上制作焊球f模塑包圭寸或表面涂敷f測試、篩選f劃片f激光打標(biāo)45疊層CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程疊層CSP產(chǎn)品使用的基

38、片一般是硬質(zhì)基片。采用引線鍵合的疊層CSP的封裝工藝流程；圓片f減薄、劃片f芯片鍵合f引線鍵合f包封f在基片上安裝焊球f測試f篩選f激光打標(biāo)采用引線鍵合的CSP產(chǎn)品，下面一層的芯片尺寸最大，上面一層的最小。芯片鍵合時，多層芯片可以同時固化(導(dǎo)電膠裝片)，也可以分步固化；引線鍵合時，先鍵合下面一層的引線，后鍵合上面一層的引線。采用倒裝片的疊層CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程圓片f二次布線f減薄、制作凸點(diǎn)f劃片f倒裝鍵合f(下填充)包圭寸f在基片上安裝焊球f測試f篩選f激光打標(biāo)在疊層CSP中，如果是把倒裝片鍵合和引線鍵合組合起來使用。在封裝時，先要進(jìn)行芯片鍵合和倒裝片鍵合，再進(jìn)行引線鍵合。5開發(fā)CSP產(chǎn)品

39、需要解決的一些技術(shù)問題51CSP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化問題CSP是近幾年才出現(xiàn)的一種集成電路的封裝形式，目前已有上百種CSP產(chǎn)品，并且還在不斷出現(xiàn)一些新的品種。盡管如此，CSP技術(shù)還是處于發(fā)展的初期階段，因此還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。不同的廠家生產(chǎn)不同的CSP產(chǎn)品。一些公司在推出自己的產(chǎn)品時，也推出了自己的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括：產(chǎn)品的尺寸（長、寬、厚度）、焊球間距、焊球數(shù)等。Sharp公司的CSP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)有如表1、表2。在我國，要開發(fā)CSP產(chǎn)品，也需要建立一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以便幫助我們自己的CSP產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用。52CSP產(chǎn)品的封裝技術(shù)問題在CSP中，集成電路芯片焊盤與封裝基片焊盤的連接方式主要有三種：

40、倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合，因此，開發(fā)CSP產(chǎn)品需要開發(fā)的封裝技術(shù)就可以分為三類。2.1開發(fā)倒裝片鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(fā)的封裝技術(shù)二次布線技術(shù)二次布線，就是把IC的周邊焊盤再分布成間距為200微米左右的陣列焊盤。在對芯片焊盤進(jìn)行再分布時，同時也形成了再分布焊盤的電鍍通道。凸點(diǎn)形成(電鍍金凸點(diǎn)或焊料凸點(diǎn))技術(shù)。在再分布的芯片焊盤上形成凸點(diǎn)。倒裝片鍵合技術(shù)。把帶有凸點(diǎn)的芯片面朝下鍵合在基片上。包封技術(shù)。包封時，由于包封的材料厚度薄，空洞、裂紋的存在會更嚴(yán)重的影響電路的可靠性。因此，在包封時要減少甚至避免孔洞、裂紋的出現(xiàn)。另外，還要提高材料的抗水汽滲透能力。因此，在CSP產(chǎn)品的包封中，不僅要提

41、高包封技術(shù)，還要使用性能更好的包封材料。焊球安裝技術(shù)。在基片下面安裝焊球。在開發(fā)疊層倒裝片CSP產(chǎn)品中，還需要開發(fā)多層倒裝片鍵合技術(shù)。52.2開發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(fā)的封裝技術(shù)目前，有不少的CSP產(chǎn)品(40%左右)是使用引線鍵合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)芯片焊盤和封裝外殼引出焊盤間的連接的。開發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(fā)如下一些封裝技術(shù)。短引線鍵合技術(shù)在基片封裝CSP中，封裝基片比芯片尺寸稍大(大1mm左右)；在引線框架CSP中，引線框架的鍵合焊盤伸到了芯片上面，在鍵合時，鍵合線都很短，而且弧線很低。而在鍵合引線很短時，鍵合引線的弧線控制很困難。包圭寸技術(shù)在引線鍵合CSP的包封中，不僅要解決倒裝片CSP

42、包封中的有關(guān)技術(shù)問題，還要解決包封的沖絲問題。焊球安裝技術(shù)。在開發(fā)疊層引線鍵合CSP的產(chǎn)品中，還需要開發(fā)多層引線的鍵合技術(shù)。52.3開發(fā)TAB鍵合CSP產(chǎn)品需要開發(fā)的封裝技術(shù)TAB鍵合技術(shù)。包圭寸技術(shù)。焊球安裝技術(shù)。5.2.4開發(fā)圓片級CSP產(chǎn)品需要開發(fā)的新技術(shù)(a)二次布線技術(shù)。(b)焊球制作技術(shù)。包封技術(shù)。圓片級測試和篩選技術(shù)。圓片劃片技術(shù)。53與CSP產(chǎn)品相關(guān)的材料問題要開發(fā)CSP產(chǎn)品,還必須解決與CSP封裝相關(guān)的材料問題。5.31CSP產(chǎn)品的封裝基片在CSP產(chǎn)品的封裝中，需要使用高密度多層布線的柔性基片、層壓樹脂基片、陶瓷基片。這些基片的制造難度相當(dāng)大。要生產(chǎn)這類基片，需要開發(fā)相關(guān)的技

43、術(shù)。同時，為了保證CSP產(chǎn)品的長期可靠性，在選擇材料或開發(fā)新材料時，還要考慮到這些材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與硅片的相匹配。3.2包封材料由于CSP產(chǎn)品的尺寸小，在產(chǎn)品中，包封材料在各處的厚度都小。為了避免在惡劣環(huán)境下失效，包封材料的氣密性或與被包封的各種材料的粘附性必須良好；有好的抗潮氣穿透能力，與硅片的熱膨脹匹配；以及一些其它的相關(guān)性能。54CSP的價格問題CSP產(chǎn)品的價格也是一個重要的問題。目前，CSP產(chǎn)品的價格都比較貴，是一般產(chǎn)品的一倍以上。為了降低價格，需要開發(fā)一些新工藝、新技術(shù)、新材料，以降低制造成本，從而降低CSP的價格。5.5組裝CSP產(chǎn)品的印制板問題組裝CSP產(chǎn)品的印制板，其制造難度

44、是相當(dāng)大的，它不僅需要技術(shù)，而且需要經(jīng)驗(yàn)，還要使用新材料。目前，世界上只有為數(shù)不多的幾個廠家可以制造這類印制板。主要困難在于：布線的線條窄，間距窄，還要制作一定數(shù)量的通孔，表面的平整性要求也較高。在選擇材料時還要考慮到熱膨脹性能。56CSP產(chǎn)品的市場問題目前，國內(nèi)的CSP市場完全被外國公司和外資企業(yè)控制，國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品要進(jìn)入這個市場也是相當(dāng)困難的。要進(jìn)入CSP市場，首先是要開發(fā)出適銷對路的產(chǎn)品，其次是要提高和保持產(chǎn)品的質(zhì)量，還必須要及時供貨，并且價格要便宜。6關(guān)于開發(fā)我國CSP技術(shù)的幾點(diǎn)建議CSP技術(shù)是為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提出來的，該技術(shù)一開發(fā)成功，就很快用于了產(chǎn)品的生產(chǎn)。經(jīng)過短短幾年，它就成為了集

45、成電路重要的封裝技術(shù)之一。而且，該技術(shù)還在迅速發(fā)展。近幾年，CSP產(chǎn)品的產(chǎn)量增長很快，預(yù)計(jì)在今后的幾年，還將高速增長。在2002年,CSP產(chǎn)品的產(chǎn)量已達(dá)到50多億只，接近BGA的產(chǎn)量，年產(chǎn)值已達(dá)20多億美圓。近幾年CSP產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)和近兩年CSP產(chǎn)品預(yù)測情況如表3：從表中可以看出，CSP產(chǎn)品的增長速度是很快的，并且，它是以取代其它集成電路封裝形式占領(lǐng)市場的。目前的PC市場容量達(dá)一千億只，CSP產(chǎn)品僅占有IC市場的二十分之一。隨著CSP技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)，它會越來越多的取代其它的產(chǎn)品而占領(lǐng)更多的市場份額。在我國，CSP的市場（手機(jī)、掌上電腦、薄型電腦等等）很大。但是，這個市場目前完全被國外公司和外資

46、公司占據(jù)。隨著CSP產(chǎn)品應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，市場還將增大。如果我們自己有CSP技術(shù)，我們就可以在國內(nèi)的市場上占有一席之地。為了國家，為了民族，我們應(yīng)該開展我們的CSP技術(shù)。但是，開發(fā)CSP技術(shù)，困難很多，它涉及的范圍寬、技術(shù)難度大。因此，要開發(fā)CSP技術(shù)，需要有一批單位協(xié)同動作,還需要有足夠的資金。為此，我們有如下幾點(diǎn)建議：1建立CSP技術(shù)推進(jìn)協(xié)會CSP技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，它涉及封裝材料、封裝工藝、應(yīng)用材料、應(yīng)用工藝等，為了完成CSP技術(shù)的開發(fā)，需要材料研究部門、材料制造部門、封裝研究部門、CSP產(chǎn)品應(yīng)用部門、印制板制造部門等相關(guān)的各個部門協(xié)同努力。為了協(xié)調(diào)這些部門的開發(fā)研究工作，需要有一定

47、的組織形式。建立CSP技術(shù)堆進(jìn)協(xié)會（或其它的組織形式）應(yīng)是一種可行的辦法。推進(jìn)協(xié)會主要是領(lǐng)導(dǎo)、推動、協(xié)調(diào)、檢查各部門的研究工作，以期加快CSP的開發(fā)研究和推廣應(yīng)用，使我國CSP產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和能力得到迅速提高，從而可生產(chǎn)出高質(zhì)量、高可靠性的CSP產(chǎn)品，滿足國內(nèi)市場及軍事方面的應(yīng)用。6.2建立CSP技術(shù)重點(diǎn)研究室為了開發(fā)CSP技術(shù)，可建立一定數(shù)量的CSP技術(shù)研究室；模塑包封材料研究室、柔性基片材料研究室、高密度樹脂基片研究室、高密度多層布線陶瓷基片研究室、CSP產(chǎn)品封裝研究室、高密度印制板研究室、CSP產(chǎn)品組裝研究室、CSP標(biāo)準(zhǔn)化研究室、CSP產(chǎn)品可靠性研究室等。而且，一種類型的研究室應(yīng)有兩個以

48、上，以使研究室之間互相競爭和互相促進(jìn)，從而可保證和加快CSP技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。63需要國家投入足夠的資金CSP技術(shù)，是一項(xiàng)有一定難度的高新技術(shù)。有一些技術(shù)是我們現(xiàn)在就有的，但需要提高；有一些技術(shù)是我們現(xiàn)在還沒有的，需要開發(fā)。并且，要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，都需要購買先進(jìn)的設(shè)備，而這些設(shè)備都比較貴。另外，在進(jìn)行技術(shù)開發(fā)時，需要投入一定的人力和物力；再進(jìn)行試驗(yàn)時，要消耗材料、能源，一部分試驗(yàn)還要在另外的單位進(jìn)行。而且，在技術(shù)開發(fā)時，還是冒失敗的風(fēng)險(xiǎn)。在開發(fā)CSP技術(shù)中，需要的所有資金由開發(fā)單位承擔(dān)，目前還不現(xiàn)實(shí)，因此需要國家投入資金，以扶持CSP技術(shù)的開發(fā)。6.4選擇合適的CSP代表研究品種由于CSP的封裝

49、種類多，封裝工藝也多，要開發(fā)各種封裝工藝現(xiàn)在還不可能，也沒有必要。因此，要選擇好研究的CSP的代表品種。在一種或幾種工藝開發(fā)完成后，再開發(fā)另外一些封裝工藝。7結(jié)束語我國的集成電路封裝，從上世紀(jì)60年代末期到現(xiàn)在，經(jīng)歷了金屬圓管殼f扁平陶瓷管殼f雙列陶瓷管殼、雙列塑圭寸f陶瓷QFP管殼、塑料QFPf陶瓷、塑料LCCf陶瓷PGA管殼的封裝，目前正在進(jìn)入BGA、“BGA、CSP的封裝階段。從集成電路的金屬圓管殼封裝技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用開始，我國的封裝技術(shù)人員就付出了辛勤的勞動，才使我國的封裝技術(shù)達(dá)到了現(xiàn)在的水平。但是封裝技術(shù)的進(jìn)步，除了封裝技術(shù)人員的努力外，還離不開各級領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，也離不開國家的大

50、力投資。要開發(fā)我國的CSP封裝技術(shù)，也需要各級領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，更需要國家在經(jīng)濟(jì)方面的大力支持。微型BGA與CSP的返工工藝包裝尺寸和錫球間距的減少，伴隨PCB上組件密度的增加，帶來了新的裝配與返工的挑戰(zhàn)。隨著電子裝配變得越來越小，密間距的微型球柵列陣(microBGA)和片狀規(guī)模包裝(CSP)滿足了更小、更快和更高性能的電子產(chǎn)品的要求。這些低成本的包裝可在許多產(chǎn)品中找到，如：膝上型電腦、蜂窩電話和其它便攜式設(shè)備。包裝尺寸和錫球間距的減少，伴隨PCB上組件密度的增加，帶來了新的裝配與返工的挑戰(zhàn)。如果使用傳統(tǒng)的返工工藝而不影響鄰近的組件，緊密的組件間隔使得組件的移動和更換更加困難，CSP提供更密

51、的引腳間距，可能引起位置糾正和準(zhǔn)確組件貼裝的問題，輕重量、低質(zhì)量的組件恐怕會中心不準(zhǔn)和歪斜，因?yàn)闊犸L(fēng)回流會使組件移位。本文描述的工藝是建立在一個自動熱風(fēng)系統(tǒng)上，用來返工一些microBGA和CSP組件。返工組件的可靠性和非返工組件的可靠性將作一比較。工藝確認(rèn)本方案的目的是檢驗(yàn)工業(yè)中流行的microBGA和CSP的標(biāo)準(zhǔn)SMT裝配和返工工藝。最初的CSP裝配已在工業(yè)中變得越來越流行，但是組件返工的作品卻很少發(fā)表。由于小型組件尺寸、減少的球間距和其它組件的緊密接近，對板級返工的挑戰(zhàn)要求返工工藝的發(fā)展和優(yōu)化。本研究選擇了幾種組件(表一)。這些組件代表了各種輸入/輸出(I/O)數(shù)量、間距和包裝形式。內(nèi)存

52、芯片包裝通常是低I/O包裝，如包裝1、2和4。通常這些包裝用于雙面或共享通路孔的應(yīng)用。包裝3，有144個I/O，典型地用于高性能產(chǎn)品應(yīng)用。所以CSP都附著有錫/鉛(Sn/Pb)共晶焊錫球，其范圍是從到”。所有包裝都縫合以允許可靠性測試。為裝配準(zhǔn)備了兩個測試板設(shè)計(jì)。一個設(shè)計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)的FR-4PCB,表面有用于線出口的dogbone焊盤設(shè)計(jì)。第二個設(shè)計(jì)使用了表層電路(SLC,SurfaceLaminarCircuit)技術(shù)*，和為線出口使用捕捉照相通路孔設(shè)計(jì)，而不是dogbone設(shè)計(jì)。板是1mm厚度。圖一所示為典型的144I/O包裝的焊盤形式。試驗(yàn)程序該返工工藝是在一臺帶有定制的偏置底板的熱風(fēng)返工工

53、具*上完成的：使用BGA噴嘴熱風(fēng)加熱適于小型microBGA和CSP返工的低氣流能力，在定制偏置底板上對板底面加熱，計(jì)算機(jī)控制溫度曲線,校正的視覺系統(tǒng)，自動真空吸取和組件貼裝.接下來的特殊工業(yè)流程是典型的用于BGA返工的。用熱風(fēng)噴嘴加熱組件到焊錫回流溫度，然后拿走。板座上的焊錫使用焊錫真空工具移去，直到座子平坦。然后座上上助焊劑，新的組件對中和貼裝，焊錫回流焊接于板上。要求作出組件移去和重新貼裝的溫度曲線。曲線參數(shù)必須符合錫膏制造商推薦的回流溫度和保溫時間。返工的每個組件座單獨(dú)地作曲線，由于板面吸熱的不同，內(nèi)層和相鄰組件的不同。以這種方式，將過熱或加熱不足或焊盤起脫的危險(xiǎn)減到最小。一旦得到溫度

54、曲線，對將來所有相同位置的返工使用相同的條件。由于一個修正的回流工藝，開發(fā)出組件取下和組件回流貼附的分開的工藝步驟。圖二所示，是使用返工工具的減少流量能力(50SCFH)的溫度曲線例子。圖三所示，是使用正?？諝饬髁吭O(shè)定(90SCFH)的對較大組件的溫度曲線。對取下組件，工具的偏置底板設(shè)定到150C，以均勻地加熱機(jī)板，將返工位置的溫度斜率減到最小。(大的溫度斜率可能引起局部板的翹曲。)板放于框架的對中定位銷上，支持高于底板面。支持塊粘貼于板返工座的背面，以加熱期間防止翹曲。板被覆蓋并加熱到135C溫度。返工工具使用無力移動技術(shù)來從板上移去組件。當(dāng)過程開始，真空吸取管降低來感應(yīng)組件的高度，然后升到

55、特定的高度進(jìn)行加熱過程。當(dāng)組件達(dá)到回流溫度，真空吸嘴降低到預(yù)定高度，打開真空，移去組件而不破壞共晶焊錫接點(diǎn)。丟棄取下的組件，加熱板上的下一個點(diǎn)。組件移去后接下來是座子修飾。這個是使用返工工具的自動焊錫清道夫來完成的。板放在偏置底板上，預(yù)熱到大約130C。返工座在開始過程前加助焊劑。焊錫清道夫?qū)LC預(yù)熱到420C，對FR-4預(yù)熱到330C，檢查板的高度，然后一次過橫移過焊盤的每一排，當(dāng)其移動時把焊錫吸上到真空管。反復(fù)試驗(yàn)得出對較小組件座的焊錫高于板面，對較大組件座。使用異丙醇清潔座，檢查是否損壞。典型的可避免的觀察是焊錫污斑和阻焊的損壞。組件貼放和回流步驟如下進(jìn)行。板預(yù)熱到135C，使用無麻刷

56、擦過板面來給座加助焊劑。助焊劑起著將組件保持在位和回流前清潔焊盤表面的作用。使用返工工具的分離光學(xué)能力來將組件定位在板，完成組件貼裝。組件貼裝后，真空吸取管感覺組件高度，向上移到預(yù)定高度。這允許吸取管保持與熱風(fēng)噴嘴內(nèi)面的組件接觸，當(dāng)熱風(fēng)預(yù)熱步驟開始時保持組件在位置上。跟著預(yù)熱保溫后，吸取管向上移動另外或”，以防止焊錫回流期間組件倒塌。結(jié)果與討論為了成功的CSP組件移動和更換，過程調(diào)整是需要的。在峰值溫度，真空吸取管要降低到組件表面，損壞焊接點(diǎn)和濺錫到板上周圍區(qū)域。盡管返工工具據(jù)說是使用無力移動技術(shù)，組件上輕微的壓力足以損壞一小部分的共晶焊接點(diǎn)。板也看到去向上翹曲，使情況惡化。為了防止這個，在移

57、去步驟中增加額外的高度，使得真空吸取管在移去時不會壓縮焊接點(diǎn)。自動組件座清理工藝成功地使焊盤上的焊錫變平。這個步驟是關(guān)鍵的，因?yàn)楹副P必須平坦以防止貼裝時的歪斜。留下的焊錫覆蓋層在任何焊盤上典型地小于高。圖四是在組件移去和座子清理后的典型的組件座的一個例子。組件貼放和回流是最困難的。在給座子上助焊劑后，貼放組件和回流座子，通常組件會偏斜。在不同情況下，組件錫球在板上焊盤內(nèi)熔濕不均勻。人們相信，組件太輕，在熱風(fēng)噴嘴內(nèi)移來移去。這種現(xiàn)象甚至發(fā)生在返工工具所允許的低氣流量情況。為了防止組件移動，返工工具設(shè)定程序，在貼裝之后把真空吸取管留在組件頂上，直到通過溫度曲線的預(yù)熱部分。當(dāng)回流周期開始時，真空管回

58、輕輕縮回，允許組件熔濕焊盤而不損壞焊接點(diǎn)。這個方法使用很好，但有一些缺點(diǎn)?；亓髌陂g，組件上的吸取管的高度和重量有時會造成錫橋。真空吸取管似乎也會降低BGA的自對中能力。面對的另一個問題是板的翹曲。因?yàn)榘搴鼙?，翹曲是一個很大的關(guān)注。使用特殊的支持塊來防止翹曲，在每個步驟，板被預(yù)熱以減少可能引起翹曲的溫度差。盡管如此，還有問題。板會在高度讀數(shù)的壓力下向下弓，隨后在加熱過程中向上翹曲。這意味著，不得不在每一步中增加額外的高度。甚至這還不足夠。相同的拆卸參數(shù)會破壞拆卸中的組件，并且還不精確到足以拆卸另一塊板上的相同位置的組件。另外，使用的板的上助焊劑技術(shù)招徠問題；它是很主觀的，一個技術(shù)員與另一個技術(shù)員

59、差別很大。太多的助焊劑產(chǎn)生一層液體，回流期間CSP組件可能漂移。同時，太少助焊劑意味著當(dāng)熱空氣第一次開動時，沒有粘性的東西來保持組件在位置上。較近的論文指出，只對BGA本身而不是板的焊接點(diǎn)上助焊劑改進(jìn)了返工工藝的效率。最終返工焊接點(diǎn)與非返工焊接點(diǎn)是可以比較的?？煽啃匝b配的測試板進(jìn)行從-40C到125C和從0C到100C的加速溫度循環(huán)(ATC,acceleratedtemperaturecycling)試驗(yàn)。也進(jìn)行絕緣電阻(IR,Insulationresistance)測試。對任何的包裝都沒有發(fā)現(xiàn)IR失效。包裝4有早期ATC失效(100200個周期，-40C125C)，后來發(fā)現(xiàn)，該包裝的供應(yīng)商

60、由于可靠性問題沒有繼續(xù)該包裝。包裝13在0C100C的測試中表現(xiàn)良好(大多數(shù)情況經(jīng)受大于1000次循環(huán))，而-40C125C的試驗(yàn)有混合的結(jié)果。這個溫度循環(huán)范圍可能太進(jìn)取一點(diǎn)。包裝1和2的返工組件的循環(huán)壽命比非返工組件稍微低一點(diǎn)，而包裝3具有可比較的循環(huán)壽命。結(jié)論MicroBGA和CSP組件可用傳統(tǒng)的熱風(fēng)返工工藝進(jìn)行返工。為得到高效率，返工工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)是需要的。因?yàn)镃SP組件小型，重量輕，要求對熱風(fēng)流量和真空吸管高度的調(diào)節(jié)以避免組件對不準(zhǔn)或組件損壞。使用優(yōu)化的返工工藝返工的組件，保證了另外的可靠性測試。實(shí)現(xiàn)CSP技術(shù)：一個新產(chǎn)品介紹的受控方法現(xiàn)在，OEM會看好這樣的合約制造商CM,如果它有能