【正文】 mm。 5． 1． 3 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(shí)使用的劈刀是瓶頸型劈刀，頭部直徑也較小，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(huì)影響鍵合強(qiáng)度。 因此，在制造工藝上對(duì)鍵合機(jī)、鍵合工具、鍵合絲都提出了挑戰(zhàn)。 對(duì)鍵合絲的要求：必須具有好的中、低弧度長(zhǎng)弧線性能，良好的韌性及抗拉強(qiáng)度。 倒裝焊具有焊點(diǎn)牢固、信號(hào)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)的制備是在前工序完成的，因而成本較高。 5． 2． 1 基板技術(shù) 對(duì)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。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 1GHz時(shí)。 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，而熱失配容易引起焊點(diǎn)疲勞。表 3為陶瓷基板和有機(jī)物基板材料特性的比較。 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。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(guó)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)品的封裝上。 9 結(jié)束語(yǔ) 封裝密度、熱、電性 能和成本是 BGA封裝流行的主要原因。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。 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(hào)： TN305． 94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 1 前言 CSP(Chip Size Package)，即芯片尺寸封裝。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。目前，世界上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。在輸入／輸出端數(shù)相同的情況下，它的面積不到 0． 5mm間距 QFP 的十分之一，是 BGA(或 PGA)的三分之一到十分之一。雖然目前的 CSP 還主要用于少輸入／輸出端數(shù)電路的封裝； ③ 電性能好。通過(guò)空氣對(duì)流或安裝散熱器的辦法可以對(duì)芯片進(jìn)行有效的散熱； ⑤ 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。 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。 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(shù)脂板制成的。它的加工過(guò)程與常規(guī)塑封電路加工過(guò)程完全一樣，它是最容易形成規(guī)模生產(chǎn)的。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(lái)實(shí)現(xiàn)的，下層的芯片就要比上層芯片大一些，在裝片時(shí)，就可以使下層芯片的焊盤露出來(lái)，以便于進(jìn)行引線鍵合。 4 CSP 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。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(shí)會(huì)有較大的差別。 (1)采用引線鍵合的疊層 CSP 的封裝工藝流程； 圓片 → 減薄、劃片 → 芯片鍵合 → 引線鍵合 → 包封 → 在基片上安裝焊球 → 測(cè)試 → 篩選 → 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。 5 開(kāi)發(fā) CSP 產(chǎn)品需要解決的一些技術(shù)問(wèn)題 5． 1 CSP 產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)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。這些標(biāo)準(zhǔn)包括：產(chǎn)品的尺寸 (長(zhǎng)、寬、厚度 )、焊球間距、焊球數(shù)等。 5． 2． 1 開(kāi)發(fā)倒裝片鍵合 CSP 產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的封裝技術(shù) (a)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。 (c)倒裝片鍵合技術(shù)。因此，在包封時(shí)要減少甚至避免孔洞、裂紋的出現(xiàn)。 在基片下面安裝焊球。 (a)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(shí)，鍵合線都很短，而且弧線很低。 (d)在開(kāi)發(fā)疊層引線鍵合 CSP 的產(chǎn) 品中，還需要開(kāi)發(fā)多層引線的鍵合技術(shù)。 5． 2． 4 開(kāi)發(fā)圓片級(jí) CSP 產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的新技術(shù) (a)二次布線技術(shù)。 (e)圓片劃片技術(shù)。要生產(chǎn)這類基片，需要開(kāi)發(fā)相關(guān)的技術(shù)。 5． 4 CSP 的價(jià)格問(wèn)題 CSP 產(chǎn)品的價(jià)格也是一個(gè)重要 的問(wèn)題。目前，世界上只有為數(shù)不多的幾個(gè)廠家可以制造這類印制板。要進(jìn)入 CSP 市場(chǎng)，首先是要開(kāi)發(fā)出適銷對(duì)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(shí)供貨，并且價(jià)格要便宜。近幾年， CSP 產(chǎn)品的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，預(yù)計(jì)在今后的幾年，還將高速增長(zhǎng)。隨著 CSP 技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，它會(huì)越來(lái)越多的取代其它的產(chǎn)品而占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額。如果我們自己有 CSP 技術(shù)，我們就可以在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)上占有一席之地。為此，我們有如下幾點(diǎn)建議： 6． 1 建立 CSP 技術(shù)推進(jìn)協(xié)會(huì) 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(kāi)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(gè)部門協(xié)同努力。 6． 2 建立 CSP 技術(shù)重點(diǎn)研究室 為了開(kāi)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(shù)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。并且，要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，都需要購(gòu)買先進(jìn)的設(shè)備，而這些設(shè)備都比較貴。 6． 4 選擇合適的 CSP 代表研究品種 由于 CSP 的封裝種類多，封裝工藝也多，要開(kāi)發(fā)各種封裝工藝現(xiàn)在還不可能，也沒(méi) 有必要。從集成電路的金屬圓管殼封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)始，我國(guó)的封裝技術(shù)人員就付出了辛勤的勞動(dòng)，才使我國(guó)的封裝技術(shù)達(dá)到了現(xiàn)在的水平。 隨著電子裝配變得越來(lái)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。本文描述的工藝是建立在一個(gè)自動(dòng)熱風(fēng)系統(tǒng)上，用來(lái)返工一些 microBGA和 CSP 元件。由于小型元件尺寸、減少的球間距和其它元件的緊密接近，對(duì)板級(jí)返工的挑戰(zhàn)要求返工工藝的發(fā) 展和優(yōu)化。通常這些包裝用于雙面或共享通路孔的應(yīng)用。 為裝配準(zhǔn)備了兩個(gè)測(cè)試板設(shè)計(jì)。圖一所示為典型的 144 I/O 包裝的焊盤形式。然后座上上助焊劑，新的元件對(duì)中和貼裝，焊錫回流焊接于板上。以這種方式，將過(guò)熱或加熱不足或焊盤起脫的 危險(xiǎn)減到最小。圖三所示，是使用正?？諝饬髁吭O(shè)定 (90 SCFH)的對(duì)較大元件的溫度曲線。 )板放于框架的對(duì)中定位銷上，支持高于底板面 。 返工工具使用無(wú)力移動(dòng)技術(shù)來(lái)從板上移去元件。 元件移去后接下來(lái)是座子修飾。返工座在開(kāi)始過(guò)程前加助焊劑。反復(fù)試驗(yàn)得出對(duì)較小元件座的焊錫高于板面 ，對(duì)較大元件座 。板預(yù)熱到 135176。 元件貼裝后，真空吸取管感覺(jué)元件高度，向上移到預(yù)定高度。在峰值溫度，真空吸取管要降低到元件表面，損壞焊接點(diǎn)和濺錫到板上周圍區(qū)域。 自動(dòng)元件座清理工藝成功 地使焊盤上的焊錫變平。 元件貼放和回流是最困難的。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。回流期間，元件上的吸取管的高度和重量有時(shí)會(huì)造成錫橋。使用特殊的支持塊來(lái)防止翹曲，在每個(gè)步驟，板被預(yù)熱以減少可能引起翹曲的溫度差。甚至這還不足夠。同時(shí)，太少助焊劑意味著當(dāng)熱空氣第一次開(kāi)動(dòng)時(shí)，沒(méi)有粘性的東西來(lái)保持元件在位置上。C到 125176。也進(jìn)行絕緣電阻 (IR, Insulation resistance)測(cè)試。C)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，該包裝的供應(yīng)商由于可靠性問(wèn)題沒(méi)有繼續(xù)該包裝。C~125176。 結(jié)論 MicroBGA和 CSP 元件可用傳統(tǒng)的熱風(fēng)返工工藝進(jìn)行返工。 實(shí)現(xiàn) CSP技術(shù)：一個(gè)新產(chǎn)品介紹的受控方法 現(xiàn)在， OEM會(huì)看好這樣的合約制造商 CM，如果它有能力對(duì)元件包裝的挑戰(zhàn)作迅速的反應(yīng)，特別是當(dāng)涉及到新的，諸如 CSP 有關(guān)的裝配技術(shù)實(shí)施的時(shí)候。這里要談的是應(yīng)用于第二類 PCMCIA裝配的新產(chǎn)品介紹，該裝配在閃存器應(yīng)用中使用了 CSP 技術(shù)。 對(duì)一個(gè)更穩(wěn)定的裝配過(guò)程，考慮三種基本的表面處理方法：浸金、浸白錫 *和有機(jī)可焊性保護(hù)。使用測(cè)試載體的優(yōu)點(diǎn)是： 它代表一個(gè)中性的存在，允許對(duì)關(guān)鍵變量的處理，如表面處理、電路層結(jié)構(gòu)和供應(yīng)商，這樣可以研究對(duì)一個(gè)完整的電氣設(shè)計(jì)不大可能的變量。 由于設(shè)計(jì)變化和經(jīng)濟(jì)寬容度，可以迅速而經(jīng)濟(jì)地完成多元設(shè)計(jì)試驗(yàn)，留下更多的時(shí)間作工藝開(kāi)發(fā)。 試驗(yàn)方法與結(jié)果 裝配工藝開(kāi)發(fā)中的 CSP。BGA相似，但有這些例外：內(nèi)部芯片到包裝的連接、內(nèi)邊器基底材料和兩上額外的焊錫球或 I/O。檢查表明測(cè)試載體的浸金與鎳的厚 度是所希望的。 焊錫沉淀和模板設(shè)計(jì)。對(duì)分析的簡(jiǎn)單性和過(guò)程反應(yīng)的敏感性，進(jìn)行一個(gè)四因素、兩級(jí)全因子。通過(guò)表征錫膏高度與 2D 錫膏覆蓋范圍的結(jié)合，有代表性的錫膏沉淀體積可計(jì)算出來(lái)。這直觀上是基于模板縱橫比對(duì)錫膏釋放影響的 一般經(jīng)驗(yàn)。 免洗錫膏的釋放性能提高，顯然是由于它對(duì)濕度變化的抵抗力。 交收到的所有裝配在測(cè)試載體上的 CSP 都是放在托盤內(nèi)的。BGA之上的錫球?qū)?yīng)于玻璃平板表面的電鍍目標(biāo) 7。BGA之后，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的位置精度在 60181。 通過(guò)在 FR4 測(cè)試載體上貼放 181。爐的加熱長(zhǎng)度是 98 一代上可選的冷卻區(qū)用于回流焊接分析。保持和控制板面上空氣流速度證明是一個(gè)無(wú)價(jià)的 CSP 裝配工具。為了達(dá)到準(zhǔn)確的焊錫熔濕和錫球陷落，液相線以上 60~90 秒的時(shí)間是所希望的。 為了特征化回流的品質(zhì)使用 X光檢查焊接點(diǎn)內(nèi)的空洞、錫橋或短路、和陷落不良的錫球。金屬熔合層表示焊錫附著座上面的保護(hù)涂層，不管是浸金和錫情況下的無(wú)機(jī)物， 還是 OSP 使用的有機(jī)物，都不妥協(xié)，出現(xiàn)可焊接的表面。后者是用于閃存器的元件包裝，它成功地滿足了小型、輕便、高密度的裝配要求。 最后，只要求在開(kāi)發(fā)階段建立的極端過(guò)程變化。然而在實(shí)際組裝中，即使實(shí)施最佳裝配工藝也還是會(huì)出現(xiàn)次品需要返修，此時(shí)應(yīng)如何采用正確的返修系統(tǒng)，使返修工作具有更 高的可靠性、重復(fù) 性和經(jīng)濟(jì)性是擺在我們面前的重要話題。然而新型封裝對(duì)裝配工藝提出了更新的要求，對(duì)返修工藝的要 求也在提高，此時(shí)手工返修己無(wú)法滿足這種新需求?？梢哉f(shuō) CSP 技術(shù)的誕生，為 DDR內(nèi)存時(shí)代出現(xiàn)的高速度、大容量、散熱等問(wèn)題提出了 相應(yīng)的解決方案，不言而喻，該技術(shù)將取代傳統(tǒng)的 TSOP技術(shù)及 BGA技術(shù)，成為未來(lái)集成電路發(fā)展的主流技術(shù)。倒裝芯片是另外一種技術(shù)，它也具有很小的封裝尺寸和良好電氣性能。加熱控制是返修的一個(gè)關(guān)鍵因素，焊料必須完全熔化，以免 在取走元件時(shí)損傷焊盤。元件加熱時(shí)有部分熱 量會(huì)從返修位置傳導(dǎo)流走，而底部加熱則可以補(bǔ)償這部分熱量而減少元件在上部所需的總熱量，另外使用大面積底部加熱器可以消除因局部加熱過(guò)度而引起的板子扭曲。 在這個(gè)過(guò)程中還有很重要的一點(diǎn)是要避免返修工位附近的元件再次回焊，噴嘴噴出的熱氣流必須與這些元件隔離，可以在返修工位周圍的元件上放一層薄的遮板或 者掩膜。 設(shè)計(jì)最佳加熱曲線是一個(gè)乏味的過(guò)程，最常用的方法是將一根熱電偶放在返修位置焊點(diǎn)處，工藝工程師先推測(cè)設(shè)定一個(gè)最佳溫度值、溫升率和加熱時(shí)間，然后開(kāi)始 試驗(yàn)并把測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，將結(jié)果與所希望的曲線相比較，根據(jù)比較情況進(jìn)行調(diào)整。加熱結(jié)束時(shí)元件吸管中會(huì)產(chǎn)生真空，吸管升起將元件從板上提走。 除去焊料：除去殘留焊料可用手工或自動(dòng)方法，手工方式的工具包括烙鐵和銅吸錫線，不過(guò)手工工具用起來(lái)很困難，并且小尺寸 CSP 和倒裝芯片焊盤也很容易受到損傷。 添加焊膏： CSP 和倒裝芯片的返修很少使用焊膏，只要稍稍使用一些助焊劑就足夠了。 在板子上使用模板是非常困難的，并且不太可靠。焊膏也可以直接點(diǎn)到每個(gè)焊盤上，方法是使用線路板高度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)焊膏擠壓泵，精確地提供完全一致的焊膏點(diǎn)。放置能力由兩個(gè)因素決定：精度 (偏差 )和準(zhǔn)確度 (重復(fù)性 )