[讨论]下一代BGA封装技术概述 [复制链接]

本文简要叙述了下一代BGA封装技术-缩小型的BGA，诸如略大于芯 片的载体(SLICC)、倒装焊BGA (FCBGA)和基于TAB的BGA(金属 TCP、S-FPAC、高密度QFP)以及无铅焊料的采用，并概述了其应用状况。
关键词: 略大于芯片的载体 倒装焊BGA 基于TAB的BGA 无铅焊料

引言

为了满足高速度、高性能、高引线数、高可靠、低功耗、小尺寸、低成本和更薄、更小、更轻的电子封装产品的发展要求，下一代BGA封装技术便应运而生，诸如略大于IC的载体(SLICC)、倒装焊BGA(FCBGA)、基于TAB技术的BGA(金属TCP、S-FPAC、高密度QFP)等，它们越来越多地应用于消费类电子产品中，诸如闪速存储器、全球定位系统、蜂窝电话、手掌游戏机和小型硬盘驱动器等。本文简要叙述了这几种下一代BGA 缩小型BGA 封装技术。

Motorola公司新型的BGA(SLICC)

这种新型的缩小型BGA为略大于IC载体的一种封装形式-SLICC(Slightly Larger than IC Carrier)。事实上，SLICC是缩减了节距的BGA，Motorola公司已开发并测试了35mil节距，焊球直径为20mil的SLICC。
Motorola公司不仅是缩减了传统的塑料BGA，也使SLICC与通过引线键合进行芯片连接的标准的BGA形成对比。在SLICC中，使IC形成焊凸并采用 工艺粘附于BGA基板上，结果制成了略大于芯片本身的一种新型封装。对40~50 I/O数而言，SLICC可被制成仅仅大于芯片尺寸(每侧面)0.060英寸到0.100英寸。当与标准的BGA进行比较时，SLICC的尺寸进一步缩小，封装68 I/O数的微控制器件，节距为60mil 的塑料BGA所占用的面积和体积分别是节距为35mil的SLICC的2.56倍和4.2倍。按照Motorola 公司的要求，SLICC占用的面积小于引线键合的BGA，因为在芯片下面存在增加的线路面积。对底部从倒装芯片到焊球连接的线路信号，Motorola公司使用了8mil 钻孔、线及间隔最小值4mil 的有机载体。并且在Z方向上，与节距为60mil 的塑料BGA的测量值0.068英寸相比，SLICC的测量值为0.040英寸。
虽然SLICC在芯片上不需要模塑包封，这节省了垂直方向的空间，但是新型的BGA必须经受下填充工艺。到目前为止，如果要把 倒装芯片粘附于嵌在芯片和BGA载体之间的有机基板上，就需要下填充工艺，这是众所周知的。下填充材料消除了由于芯片和有机载体在不同温度范围膨胀所引起的焊点应力。Motorola 公司研制了一种使用真空压和空气压把下填充时间缩短到小于3秒的特殊工艺。再者，该公司提供了测试SLICC封装的一种新方法。把BGA的35mil 节距的凸点和夹具之间连接起来，使用Z 轴弹性体，要求无压力，预压的弹性体把BGA的凸点连接到夹具中圆而方的焊盘上。SLICC 可进行老化试验，结果，此封装避免了目前面临的裸片组装方法诸如直接芯片粘接(DCA)的确知好的芯片(KGD)的测试问题。
SLICC也有别的优点，它把倒装片连接置于内插件上，而不是置于母板上。SLICC可不进行低温焊接，这与固化下填充物之后DCA的情况不同。新型BGA封装也允许终端用户享受开发倒装片的空间和性能方面的优点而不实行C4线，在板组装方面，SLICC的效率可与别的BGA的效率相比。SLICC封装为50mil节距BGA技术和PCB上的DCA之间的隔离架起了一座桥梁。

倒装焊BGA(FCBGA)

目前正在飞速发展的各类BGA及下一代BGA -缩小型BGA 封装技术实际上是基于C4技术应用，或者说它们都是C4技术概念的扩展，C4技术与下一代BGA的完美结合是国际公认的单芯片LSI、VLSI、ASIC最佳封装形式。特别是缩小型BGA、CSP ，实际上是芯片上I/O焊区经过面阵列改造后成为与芯片大小一样可以捡拾、筛选、测试并适于使用SMT的特种SMD的C4技术。
C4技术称为可控塌陷芯片连接技术，是国际上流行且最有发展潜力的焊料凸点制作及其FCB技术。C4技术倒装焊的特点为： 除具有一般凸点芯片FCB的优点外，它的凸点还可在整个芯片面阵布局，不但可与光洁平整的陶瓷/硅基板金属焊区互连，还能与PCB上的金属焊区互连。 C4的芯片凸点作成高熔点的焊料(如95铅/5锡)，而PCB上焊区使用低熔点的常规铅/锡焊料，倒装焊再流时， 凸点不变形，低熔点的焊料熔化，从而弥补PCB基板的缺陷(如凹凸、扭曲等)产生的焊接不均匀问题。倒装焊时，铅/锡焊料熔化再流表面张力会产生"自对准"效果，这就使C4芯片倒装焊时的对准精度要求大为降低。由于这些优点，可以用常规型SMT贴装设备在PCB上贴装焊接C4芯片，从而达到工业化规模生产的目的。如图1和图2所示。
Amkor/ Anam 公司采用了把倒装片粘附与塑料BGA相结合的方法，制成倒装焊BGA。IC组装工艺车间已发展成为低成本工艺的情况，即在用铝进行金属化的传统的圆片中，使已检测的芯片形成凸点。适合的PCB基板已被发展成为倒装片粘附，组装工艺是高容积的。
按照Amkor / Anam 公司的要求，其倒装片工艺应既可配合单芯片封装又可配合MCM ，并且很快将会出现低断面存储器BGA。
IBM公司为倒装片的鼻祖，不但已把其 工艺应用于TBGA中(载带BGA)，而且也应用于CBGA和CGA中。该公司可提供低至1mm的节距的缩减封装尺寸的BGA产品。

新型的TAB

随着多功能、高性能的LSI、VLSI的飞速发展，I/O数迅速增加，电子整机的高密度组装及小型化、薄型化的要求日益提高，TAB技术越来越受到电子封装界的高度重视。在各类先进的微电子封装，如BGA、下一代BGA 缩小型BGA中，TAB技术都发挥着重要的作用。特别是TAB技术还可以作为裸芯片的载体对IC芯片进行老化、筛选、测试，使组装的LSI、VLSI芯片是确知好的芯片(KGD)。这就可以极大地提高电子产品的组装成品率，从而大大降低电子产品的成本。TAB技术主要应用于液晶显示、智能卡IC、计算机、电子手表、计算器、摄录象机和照相机中。TAB技术的主要优点是：结构短小轻薄，封装高度不足1mm。其电极尺寸、电极和焊区间距均比WB大为减少。可容纳更高的I/O 引线数，安装密度高。其引线R、C、L均比WB小得多，可以进行群焊，所有内引线在1～2秒内键合完毕，键合强度是线焊的3～10倍，从而可获得良好的高速、高频电路性能。提高了电子组装的成品率，降低了成本。因其采用Cu箔引线，导热、导电性好，机械强度高。提高了芯片互连的可靠性，实现了工业化规模生产，提高了电子产品的生产效率。
由于下一代BGA封装 缩小型BGA的利润的不断增长，TAB将成为主要的高I/O 数的解决方法，是高容积应用中成本性能方面的主导者。鉴于此，日本采用三种新的基于TAB的封装技术。在日本此类封装技术已达到了0.3mm节距组装的阶段，与TAB技术结合的三种0.3mm节距的封装分述如下。

1.金属TCP(带式载体封装)

由Toshiba公司制造的基于TAB技术的封装设计，为了在回流期间保持引线平面性，包含金属支撑环。金属TCP是用来经受在板上有剩余物的SMT回流焊，专用设备诸如进料器仍然是需要的，以便从料斗叠层卸下部件，切开并使其成形，把它们呈现出来供捡拾。金属TCP的高度小于0.4mm ，并具有封装成本方面的优越性。TCP是在形成连接布线的带状绝缘带上搭载LSI裸芯片，并与引线连接的封装。
与QFP相比，TCP的引线节距可以做得更窄，而且外形可以做得更薄，因此，TCP是比QFP更薄型的高密度封装，它在PCB上占据很小的面积，可以用于高 I/O 数的ASIC和微处理器。东芝公司的微型笔记本电脑中就使用TCP承载CPU，其引线节距0.25mm，甚至TCP的节距可减小到0.15mm 。

2.S-FPAC

S-FPAC 由日本德州仪器制成，此封装是包含有引线保护的塑料支撑环的转移浇注TAB器件。此封装也可采用标准的细节距系统进行贴放，但是贴放系统必须有内部切开并成形的专用手柄填料器。成形之后，引线仅从芯片伸出1.75mm。

3.高密度QFP

在此状况，把TAB封装全套压焊到引线框架，最后密封于模制塑料中。随着其效率提高到400根引线，为了改善热耗，应使此符合JEDEC的QFP包含一个内部热分流器。在以上这三种下一代BGA封装中，对TAB封装技术某些方面的改进，会使其更适合于0.3mm节距的表面安装组装。

无铅焊料的应用

由于铅锡焊料的毒性，较低的剪切强度和较差的抗蠕变性及抗热-机械疲劳性，在SMT蓬勃发展的21世纪，用绿色无铅焊料代替传统的铅锡焊料便成了当务之急。但是无铅焊料只有在完全满足了下列条件后才能代替传统的铅锡焊料而用于SMT的生产：
其合金的共晶温度应接近于183℃(锡63/铅37共晶温度)；无毒或低毒；润湿性、机械性能良好；易于制成膏状物；与现有钎焊剂兼容性好；导热性和导电性与锡63/铅37焊料相近。鉴于此，越来越多的研究与开发工作正在深入探讨无铅焊料系统，如Indium 公司研制的无铅焊料具有189℃的液化点和179℃的凝固点。该公司使用此焊料作为锡63铅37、锡62铅36银2和锡60铅40合金的替代物。声称此无铅焊料无需设备处理化学制品或回流温度的各种改变。即特指的铟银焊料#227，铟90%银10%合金。这种新的无铅焊料已有专利，经很多电子公司和单独的实验室多年的测试，结果表明在电热传导性、热膨胀系数、抗拉强度、元件和基板金属化及湿润性的兼容性诸方面，无铅焊料比最普通的基于铅的各种焊料优越得多。Indium 公司称，此铟银合金焊料#227经受多达2500个标准热循环试验，而无失效现象。再者，日本松下采用锡/银/铋/铟焊料再流焊和锡/铜焊料波峰焊的办法，在210℃的低熔点下进行生产，成功地生产了Panasert 影像接受卡，其工艺性和产品的质量与可靠性都与锡63铅37的情况类似。我们相信，随着社会经济的迅速发展，无铅焊料的研究和实践必将更加深入，人们的认识也会不断得到提高，反过来又促进研究和实践，从而推进无铅焊料的发展，找到尽可能接近现有铅锡焊料工艺和性能的替代品。 结束语

体积小、引脚多、电性能良好、散热性能优越的下一代BGA 缩小型BGA 封装技术完全符合IC封装技术朝着高密度、高速度、高可靠性、短小轻薄、低成本和环保型方向发展的要求，已全面具备了被广泛应用的物质基础，并已成为当今多I/O 器件的主要封装形式，相信其应用前景无限广阔。

很好哦，慢慢品味……哈哈哈

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