【正文】 完成的。其缺點(diǎn)是設(shè)備的焊接精度已經(jīng)達(dá)到極限。并且倒裝焊更能縮小封裝體的體積。 目前，當(dāng) I／ O 數(shù) 600時(shí)，引線鍵合的成本低于倒裝焊。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。成本、性能和可加工能力是選擇使用何種方式時(shí)主要考慮因素。 4． 3． 2 封裝工藝流程 圓片減薄→圓片切割→芯片粘結(jié)→清洗→引線鍵合→等離子清洗→液態(tài)密封劑灌封→裝配焊料球→回流焊→表面打標(biāo)→分離→最終檢查→測試→包裝 BGA封裝中常用材料的特性如表 2 5 BGA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。 在制作時(shí)，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。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。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。 4． 2 FCCBGA的封裝工藝流程 4． 2． 1 陶瓷基板 FCCBGA的基板是多層陶瓷基板，它的制作是相當(dāng)困難的。接著使用 CFC無機(jī)清洗劑對基片實(shí)行離心清洗，以去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。 4． 1． 2 封裝工藝流程 圓片減薄→圓片切削→芯片粘結(jié)→等離子清洗→引線鍵合→等離子清洗→模塑封裝→裝配焊料球→回流焊→表面打標(biāo)→分離→最終檢查→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。然后加上焊料掩膜并制作出圖形，露出電極和焊區(qū)。 4． 1 引線鍵合 PBGA的封裝工藝流程 4． 1． 1 PBGA基板的制備 在 BT 樹脂／玻璃芯板的兩面層壓極薄 (12~18μ m 厚 )的銅箔，然后進(jìn)行鉆孔和通孔金屬化。因此要求基板材料具有高的玻璃轉(zhuǎn)化溫度 rS(約為175~230℃ )、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。 幾種常規(guī) BGA封裝類型的比較如表 1所示。 CTBGA、 CVBGA(ThinandVeryThinChipArrayBGA)，薄型、超薄型 BGA。 etBGA，最薄的 BGA結(jié)構(gòu)，封裝體高度為 0． 5mm，接近于芯片尺寸。與其它的芯片尺寸封裝相比，它具有更高的可靠性。 gBGA有 3 種焊球節(jié)距： 0． 65mm、 0． 75mm 和 0． 8mm。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。 3． 5 其它的 BGA封裝類型 MCMPBGA(MultiplechipmodulePBGA)，多芯片模塊 PBGA，它的結(jié)構(gòu)如圖 9所示。 TBGA的缺點(diǎn)如下： 1)對濕氣敏感。 3)是最經(jīng)濟(jì)的 BGA封裝。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 (灌封或涂敷 )起來。 3． 4 TBGA(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。二者的區(qū)別在于： CCGA采用直徑為 0． 5mm、高度為 1． 25mm~2． 2mm的焊料柱替代 CBGA中的 0． 87mm直徑的焊料球，以提高其焊點(diǎn)的抗疲勞能力。 3． 3 CCGA(ceramiccolumnSddarray)陶瓷柱柵陣列 CCGA是 CBGA的改進(jìn)型。 2)與 PBGA器件相比，封裝成本高。 4)散熱性能優(yōu)于 PBGA結(jié)構(gòu)。 2)與 PBGA器件相比，電絕緣特性更好。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 6，封裝體尺寸為 1035mm，標(biāo)準(zhǔn)的焊球節(jié)距為 1． 5mm、 1． 27mm、 1． 0mm。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。 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)成本低。 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／℃， PCB 板的約為 17ppm／ cC，兩種材料的 CTE比較接近，因而熱匹配性好。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封裝的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4。根據(jù)其焊料球的排布方式可分為周邊型、交錯(cuò)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 (tape ball grid array 載帶型焊球陣列 )。 7)BGA和～ BGA都比細(xì)節(jié)距的腳形封裝的 IC牢固可靠。 5)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。 3)BGA的陣列焊球與基板的接觸面大、短，有利于散熱。加之引線腳極易變形，從而導(dǎo)致貼裝失效率增加。當(dāng) I／ O數(shù)越來越多時(shí)，其節(jié)距就必須越來越小。 2)提高了貼裝成品率，潛在地降低了成本。通常，在引線數(shù)相同的情況下，封裝體尺寸可減小30％以上。 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。與傳統(tǒng)的腳形貼裝器件 (LeadedDe~ce如 QFP、 PLCC等 )相比， BGA封裝器件具有如下特點(diǎn)。 2 BGA封裝的特點(diǎn) BGA(Bdll Grid Array)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。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)仍朝著細(xì)節(jié)距、高 I／ O端數(shù)方向發(fā)展。在半導(dǎo)體 IC的所有封裝類型中， 19962020年這 5年期間， BGA封裝的增長速度最快。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。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。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。 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(hào)： TN305． 94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 1 引言 在當(dāng)今信息時(shí)代，隨著電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話等產(chǎn)品日益普及。 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。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。為實(shí)現(xiàn)這一目標(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(huì)越來越多，封裝的 I／ O密度就會(huì)不斷增加。集成電路的封裝發(fā)展趨勢如圖 1所示。 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 1999 年， BGA的產(chǎn)量約為 10 億只，在 2020 年預(yù)計(jì)可達(dá) 36 億只。 BGA封裝技術(shù)主要適用于 PC芯片組、微處理器／控制器、 ASIC、門陣、存儲(chǔ)器、 DSP、 PDA、 PLD等器件的封裝。采用該項(xiàng)技術(shù)封裝的器件是一種表面貼裝型器件。 1)I／ O 數(shù)較多。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的 I／ O數(shù)，縮小封裝體尺寸，節(jié)省組裝的占位空間。例如： CBGA4 BGA320(節(jié)距 1． 27mm)分別與 PLCC44(節(jié)距為 1． 27mm)和 MOFP304(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。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、 1． 0mm、 0． 8mm、 0． 65mm、0． 5mm。而當(dāng)節(jié)距 0． 4mm時(shí)， SMT設(shè)備的精度就難以滿足要求。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 1． 5mm、 1． 27mm、 1． 0mm，細(xì)節(jié)距 BGA(印 BGA，也稱為 CSPBGA，當(dāng)焊料球的節(jié)距 1． 0mm 時(shí)，可將其歸為 CSP 封裝 )的節(jié)距為 0． 8mm、 0． 65mm、 0． 5mm，與現(xiàn)有的 SMT 工藝設(shè)備兼容，其貼裝失效率 10ppm。 4)BGA陣列焊球的引腳很短，縮短了信號(hào)的傳輸路徑，減小了引線電感、電阻，因而可改善電路的性能。 6)BGA適用于 MCM封裝，能夠?qū)崿F(xiàn) MCM的高密度、高性能。 3 BGA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。 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?63Sn37Pb或準(zhǔn)共晶焊料 62Sn36Pb2Ag(目前已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。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。 PBGA封裝的優(yōu)點(diǎn)如下： 1)與 PCB 板 (印刷線路板 通常為 FR4板 )的熱匹配性好。 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)到焊球與焊盤的對準(zhǔn)要求。 4)電性能良好。 3． 2 CBGA(陶瓷焊球陣列 )封裝 在 BGA封裝系列中， CBGA的歷史最長。焊球材料為高溫共晶焊料 10Sn90Pb，焊球和封裝體的連接需使用低溫共晶焊料 63Sn37Pb。 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。 3)與 PBGA器件相比，封裝密度更高。 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。 3)在封裝體邊緣的焊球?qū)?zhǔn)難度增加。如圖 7所示。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。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(shí)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 。 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。 4)散熱性能優(yōu)于 PBGA結(jié)構(gòu)。 2)不同材料的多級(jí)組合對可靠性產(chǎn)生 不利的影響。 LBGA，微 BGA，它是一種芯片尺寸封裝。它的封裝體尺寸僅略大于芯片 (芯片+0． 5mm)。 TAB 引線鍵合和彈性的芯片粘接是 txBGA的特征。 SBGA(Stackedballgridarray)，疊層 BGA，它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 11所示。芯片面朝下，芯片 基板互連采用引線鍵合方式的 etBGA的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 12。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 。 4BGA的封裝工藝流程 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。金屬薄膜、絕緣層和基板介質(zhì)間還要具有較高的粘附性能。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。為提高生產(chǎn)效率，一條基片上通常含有多個(gè) PBG基板。使用特殊設(shè)計(jì)的吸拾工具將熔點(diǎn)為 183℃、直徑為 30mil(0． 75mm)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230℃。上述是引線鍵合型 PBGA的封裝工藝過程。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。在 CBGA的組裝中，基板與芯片、 PCB 板的