【正文】 CTE失配是造成 CBGA產(chǎn)品失效的主要因素。 4． 2． 2 封裝工藝流程 圓片凸點的制備呻圓片切割呻芯片倒裝及回流焊 )底部填充呻導熱脂、密封焊料的分配 +封蓋斗裝配焊料球 )回流焊斗打標 +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 4． 3． 1 TBGA載帶 TBGA的載帶通常是由聚酰亞胺材料制成的。因為在這種引線鍵合 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。目前 BGA的 I／O 數(shù)主要集中在 100~1000。采用引線鍵合的 BGA的 I／ O 數(shù)常為 50~540，采用倒裝焊方式的 I／ O數(shù)常 540。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。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，那么就有利于降低每個器件的成本。 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。 引線鍵合是單元化操作。鍵合過程是先將安裝在基片或熱沉上的 IC 傳送到鍵合機上，機器的圖像識別系統(tǒng)識別出芯片，計算和校正每一個鍵合點的位置，然后根據(jù)鍵合圖用金線來鍵合芯片和基片上的焊盤，以實現(xiàn)芯片與基片的互連。采用引線 鍵合技術(shù)必須滿足以下條件： 5． 1． 1 精密距焊接技術(shù) 在 100~500 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70~90μ m，有的更小。 5． 1． 2 低弧度、長弧線技術(shù) 在 BGA的鍵合中，受控弧線長度通常為 3~8mm，其最大變化量約為 2． 5mm。在高密度互連中，弧線彎曲、蹋 絲、偏移是不允許的。 5． 1． 3 鍵合強度 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，頭部直徑也較小，而小直徑的劈刀頭部和窄引線腳將導致基片上焊點的橫截面積較小，從而會影響鍵合強度。而當在低溫下進行鍵合時，對鍵合強度和可靠性會產(chǎn)生不良影響。 因此，在制造工藝上對鍵合機、鍵合工具、鍵合絲都提出了挑戰(zhàn)。目前新一代的鍵合機都能滿足上述要求。 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度。 ●在芯片的電源／地線分布設計上給電子設計師提供了更多的便利。 倒裝焊具有焊點牢固、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，其缺點 是由于凸點的制備是在前工序完成的，因而成本較高。在整個加工過程中，工藝處理的是以圓片、芯片和基片方式進行的，它不是單點操作，因而處理效率較高。 5． 2． 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、電阻率和導熱率等。 CTE失配產(chǎn)生的剪切應力將引起焊接點失效。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。 對倒裝焊而言，使用有機物基板非常流行，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，其特點是有著低的互連電阻和低的介電常數(shù)。 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疲勞。 現(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， 12． 2ppm／℃的CTE，低的介電常數(shù) 5． 4，低阻的銅互連系統(tǒng)。表 3為陶瓷基板和有機物基板材料特性的比較?，F(xiàn)在常用的凸點材料為金凸點， 95Pb5Sn、 90Pbl0Sn焊料球 (回流焊溫度約 350℃ )，有的也采用 63Pb37Sn焊料球(回流焊溫度約 220℃焊料凸點技術(shù)的關(guān)鍵在于當節(jié)距縮小時，必須保持凸點尺寸的穩(wěn)定性。 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 差所引起的剪切應力。 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計、封裝材料的選擇和組裝工藝。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： 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)品的封裝上。對于國內(nèi) BGA封裝技術(shù)的開發(fā)和應用，希望國家能夠予以重視和政策性傾斜。 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。正因為 BGA封裝有如此的優(yōu)越性，我們也應該開展 BGA封裝技術(shù)的研究，把我國的封裝技術(shù)水平進一步提高，為我國電子工業(yè)作出更大的貢獻。應用 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)展速度相當快，現(xiàn)已 成為集成電路重要的封裝技術(shù)之一。但是 CSP 技術(shù)、 CSP 產(chǎn)品市場是國外的或國外公司的。 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 文獻標識碼： A 1 前言 CSP(Chip Size Package)，即芯片尺寸封裝。這種封裝形式是由日本三菱公司在 1994年提出來的。這些定義雖然有些差別，但都指出了 CSP 產(chǎn)品的主要特點：封裝體尺寸小。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備中迅速獲得了應用。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)品品種多達一百種以上。 2CSP 產(chǎn)品的特點 CSP 是目前最先進的集成電路封裝形式，它具有如下一些特點： ① 體積小。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。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。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。 ④ 熱性能好。通過空氣對流或安裝散熱器的辦法可以對芯片進行有效的散熱； 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。 ⑥ CSP 電路，跟其它封裝的電路一樣，是可以進行測試、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。 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。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。 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。 3． 3 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。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)的。 3． 4 圓片級 CSP 圓片級 CSP，是先在圓片上進行封裝，并以圓片的形式進行測試，老化篩選，其后再 將圓片分割成單一的 CSP 電路。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，以便于進行引線鍵合。如上層采用倒裝片芯片，下層采用引線鍵合芯片。 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。采用的連接方式不同，封裝工藝也不同。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。因此，對操作就有一些特別的要求，以免造成框架變形。 (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 → 測試 → 篩選 → 激 光打標 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。 (2)采用倒裝片的疊層 CSP 產(chǎn)品的封裝工藝流程 圓片 → 二次布線 → 減薄、制作凸點 → 劃片 → 倒裝鍵合 →( 下填充 )包封 → 在基片上安裝焊球→ 測試 → 篩選 → 激光打標 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。 5 開發(fā) CSP 產(chǎn)品需要解決的一些技術(shù)問題 5． 1 CSP 產(chǎn)品的標準化問題 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。不同的廠家生產(chǎn)不同的 CSP 產(chǎn)品。這些標準包括：產(chǎn)品的尺寸 (長、寬、厚度 )、焊球間距、焊球數(shù)等。 在我國，要開發(fā) CSP 產(chǎn)品，也需要建立一個統(tǒng)一的標準，以便幫助我們自己的 CSP 產(chǎn)品的開發(fā)和應用。 5． 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) (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。 (b)凸點形成 (電鍍金凸點或焊料凸點 )技術(shù)。 (c)倒裝片鍵合技術(shù)。 (d)包封技術(shù)。因此，在包封時要減少甚至避免孔洞、裂紋的出現(xiàn)。因此，在 CSP 產(chǎn)品的包封中，不僅要提高包封技術(shù)，還要使用性能更好的包封材料。 在基片下面安裝焊球。 5． 2． 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)來實現(xiàn)芯片焊盤和封裝外殼引出焊盤間的連接的。 (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，鍵合線都很短，而且弧線很低。 (b)包封技術(shù) 在引線鍵合 CSP 的包封中，不僅要解決倒裝片 CSP 包封中的有關(guān)技術(shù)問題，還要解決包封的沖絲問題。 (d)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)。 (b)包封技術(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)。 (c)包封技術(shù)。 (e)圓片劃片技術(shù)。 5． 3． 1 CSP 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。要生產(chǎn)這類基片，需要開發(fā)相關(guān)的技術(shù)。 5． 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。 5． 4 CSP 的價格問題 CSP 產(chǎn)品的價格也是一個重要 的問題。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。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。在選擇材料時還要考慮到熱膨脹性能。要進入 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。經(jīng)過短短幾年，它就成為了集成電路重要的封裝技術(shù)之一。近幾年， CSP 產(chǎn)品的產(chǎn)量增長很快，預計在今后的幾年，還將高速增長。近幾年 CSP產(chǎn)品的統(tǒng)計和近兩年 CSP 產(chǎn)品預測情況如表 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。隨著 CSP 技術(shù)的進一步開發(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。但是，這個市場目前完全被國外公司和外資公司占據(jù)。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。 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。為此，我們有如下幾點建議： 6． 1 建立 CSP 技術(shù)推進協(xié)會 CSP 技術(shù)是一項系統(tǒng)技術(shù)，它涉及封裝材料、封裝工藝、應用材料、應用工藝等，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)品應用部門、印制板制造部門等相關(guān)的各個部門協(xié)同努力。建立 CSP 技術(shù)堆進協(xié)會 (或其它的組織形式 )應是一種可行的辦法。 6． 2 建立 CSP 技術(shù)重點研究室 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 標準化研究室、 CSP 產(chǎn)品可靠性研究室等。 6． 3 需要國家投入足夠的資