PBGA结构和成分示意图
BGA热疲劳仿真报告
1.1 电子封装发展过程为了便于晶体管在电路中使用和焊接，要有外壳外接引脚；为了固定半导体芯片，要有支撑它的外壳底座；为了防护芯片不受大气环境污染，也为了使其坚固耐用，就必须有把芯片密封起来的外壳等，这样产生了微电子封装技术。
概括起来，微电子封装技术经历了以下几个发展阶段：第一阶段：20世纪60、70年代，IC芯片的制造还处于初始阶段，集成度很低，对IC封装没有更多的要求。
此阶段采用了以双列直插(DIP)为主，以单列直插式(SU）与针栅阵列(PGA)为辅的封装。
特点是封装尺寸大，占印刷电路板(PCB)面积大，集成度和频率难以提高。
第二阶段：进入80年代，出现了表面组装技术(SMT)，该技术以回流焊代替波峰焊，进一步提高了PCB成品率，对IC的封装提出了新要求，开发出了塑封有引线芯片载体(PLCC)、四边引出线扁平封装(QFP)的紧凑型封装。
第三阶段：90年代中前期，随着个人计算机的普遍使用，带来了计算机产业质与量上的重大变化，原有的PLCC、QFP、封装上的系统(SOP)已不能满足它的发展要求，从而进一步引入了更小更薄的封装形式：窄间距小外形封装(SSOP)、窄间距四边引出线扁平封装(SQFP)、内引线的球栅阵列(BGA)封装及壳内系统封装(SIP)。
特别是BGA封装形式，使IC引出脚大大增加。
至此，多年来一直大大滞后于芯片发展的微电子封装，由于BGA的开发成功而终于能够适应芯片发展的步伐。
第四阶段：IT产业的不断繁荣，促进了电子设备向高性能、高集成、高可靠性方向发展，而支持其发展的关键技术就是IC组装技术。
封装技术进入了高速发展期，先进的封装技术和形式不断涌现，如多芯片组件技术(MCM)、芯片尺寸封装技术(CSP)、芯片直接贴装技术（DCA)、晶圆规模集成技术(WSI)等。
其中，CSP主要是由BGA向小型化、薄型化方向发展而形成的一类崭新的封装形式。
1.2 电子封装分级从一个晶体管到几个集成电路板，电子封装技术可以分为以下五级：(1)零级封装。
面积阵列封装的BGA和Flip Chip
BGA(球栅阵列)和Flip Chip(倒装片)作为当今大规模集成电路的封装形式，逐渐引起电子组装行业的关注，并且已经在不同领域中得到应用。
随着表面安装技术的发展，器件引线间距在不断下降，传统的2.54mm和1.27mm间距的器件渐渐被0. 5mm的细间距器件所替代(图1)，这种趋势持续至今，随之又出现有0.4mm、0.3mm乃至更细间距的表面安装器件。
此外，更先进的封装技术，如自动载带焊(TAB)等，可以使得引线间距降至0.2mm或更细的间距。
随着向超细间距领域的发展，表面安装技术受到了诸如器件间距、引线框架制造精度、设备、材料等各种因素的限制。
在芯片(die)级，为增强器件的功能和性能不得不增加I/O数和硅片的尺寸，对于如此之高的I/O数，如果采用传统形式的标准间距的封装，则器件尺寸势必会相当大，而如果采用较小尺寸的封装形式，则又会引起引线间距的急剧减小。
较大尺寸封装的采用，将会使得器件在PCB上占用的面积增大，而且互联的通道会更长，难免会降低预期的使用性能，况且这些较大尺寸封装的制造并不容易，组装到P CB上的过程也并非如人们所料想的那么简单，对生产产量也会有一定的影响，从而也就增大了整个过程的组装费用。
而对于满足了较大的I/O数，但间距更小的封装，在制造和组装方面也同样存在挑战，因此，电子组装者不得不从封装尺寸、引线间距、可制造性等多方面来考虑，力求寻求更好的封装解决办法。
图1 IC封装发展状况面积阵列封装(area array package)就是一种可以解决上述问题的封装形式，它可以在不牺牲器件可制造性的前提下提高器件的功能和性能。
QFP器件的I/O引出端通常采用向周边走线的形式，而面积阵列封装的I/O引出端则在器件底部呈矩阵分布，I/O数的增大和封装体尺寸的减小是特别明显的，见表1和表2。
表1 封装体尺寸为20mm×20mm的不同间距BGA和QFP的I/O数对比表2 I/O数为300的不同间距BGA和QFP的封装体尺寸对比从这两个表可以看出面积阵列封装在器件功能和封装尺寸方面的优点。
集成湿热及蒸汽压力对PBGA器件可靠性的影响
始条件：所有节点设为３ ３ ；材料参数见表２ 。 ０Ｋ 和３ 器件在干燥过程和 回流焊 过程都 经历 了高温 ，高温 环境下塑封器件吸潮后所产生的 内部蒸汽压力被认为是
Ｐ ｆ＝Ｃ Ｒ
引起 “ 爆米花 ”现象 的最直接因素。图４ 是干燥过程 的
蒸汽压力仿真结果 。 从 图４ 以看 到在节 点Ｄ 可 产生 了蒸汽压力集 中，因此 Ｄ 比较容 易发生 界面开裂 ，这 与文献 ［］ 点 ４ 的分 析结果相
＿ １２＋０ Ｄ ５ｅ Ｏ ４
” ５ ０。ｌ
（ ｂ）ｌ ｔ￣ ＯＪ时 ，
图４１５ｃ ２ ￣ 干燥 阶段蒸汽压力分布云图 （ 单位 ：ＭＰ ａ）
５ 冀 蒸 ２１ ４ 第 期 ４ Ｉ 杰 ｊ 讯 ｌ ０ 年月 ２ ２
荣获” 水基 波 清洗
全 系 列 水 基 清 洗 剂 完美 能 结台 节 保 能环
在集成应力计算 中Ｄ 点仍是应 力最大点 。同时可 以看到， 回流焊集成 应力值 比干燥后 的集成应力值大 ，这是 因为
图１ Ｂ Ａ Ｇ 器件尺寸示意图 Ｐ
２潮湿蒸汽压力的有限元计算与分析 ．
ＰＧ 的结构 图如 图１ ＢＡ 所示 ，有限元模型取点示意图如
图２ 所示 。
图２高度为１ ５ ｍ的Ｐ Ｇ 有限元模型 ．ｒ ２ａ Ｂ Ａ 网格 划分 节点 号和各 点之 间 的对 应关 系是 ：Ａ ｏｅ Ｎ ｄ
】
ｌ
／ ， ｒ
／ 一 ‘ 。 ／ ／ ｒ ／
＿
ｊ
／
，
—
‘ 。 田
－一 ●
／
／
。 ’ 喾
． －．－
— 。
ｌ， ’ ＾
／
值 ，即在集成应力模型 中，塑封材料 、硅芯 片和Ｄ材 料 Ａ 的交 点处应力达 到最大值 。在前面的计算分析中 ，Ｄ 点的 热应 力、湿 应力和蒸汽压力相对于其它各 点都 大，使得
BGA、CSP封装技术资料
BGA封装技术摘要：本文简述了BＧＡ封装产品的特点、结构以及一些ＢGＡ产品的封装工艺流程,对BGA封装中芯片和基板两种互连方法--引线键合／倒装焊键合进行了比较以及对几种常规BGＡ封装的成本/性能的比较,并介绍了BGA产品的可靠性。
另外,还对开发我国BＧA封装技术提出了建议。
关键词：BGA;结构;基板;引线键合；倒装焊键合ﻭ1引言ﻭﻭ在当今信息时代,随着电子工业的迅猛发中图分类号:ＴN３05．９４文献标识码ﻭﻭ展,计算机、移动电话等产品日益普及。
人们对电子产品的功能要求越来越多、对性能要求越来越强,而体积要求却越来越小、重量要求越来越轻。
这就促使电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向发展。
为实现这一目标，IC芯片的特征尺寸就要越来越小,复杂程度不断增加，于是，电路的Ｉ／O数就会越来越多,封装的Ｉ／O密度就会不断增加。
为了适应这一发展要求，一些先进的高密度封装技术就应运而生,ＢGA封装技术就是其中之一。
集成电路的封装发展趋势如图1所示。
从图中可以看出,目前BＧA封装技术在小、轻、高性能封装中占据主要地位。
ﻭＢＧA封装出现于９０年代初期,现已发展成为一项成熟的高密度封装技术。
在半导体IC 的所有封装类型中,19９6-２001年这5年期间,BGA封装的增长速度最快。
在1９９9年,BGA的产量约为10亿只,在２０04年预计可达36亿只。
但是，到目前为止该技术仅限于高密度、高性能器件的封装，而且该技术仍朝着细节距、高Ｉ/O端数方向发展。
BGA封装技术主要适用于PＣ芯片组、微处理器／控制器、AＳIC、门阵、存储器、DSP、Ｐ2 BＧA封装的特点DA、PLD等器件的封装。
ﻭﻭﻭﻭBGA（Bdｌl Grid Arｒａy）封装，即焊球阵列封装,它是在封装体基板的底部制作阵列焊球作为电路的I／O端与印刷线路板(PCB)互接。
采用该项技术封装的器件是一种表面贴装型器件。
与传统的脚形贴装器件(ＬeadedDe~ｃｅ如QFP、PＬCC等）相比，BGA封装器件具有如下特点。
电子零件结构介绍
21
Socket 零件结构
Socket 外观图
X-ray图
22
Socket 零件结构
Add CPU Cu Lead
PCB
Solder Ball
23
Socket 结构图
Socket Solder Ball 切片图
24
THE END
�
13
PQFP结构图 结构图
QFP外观图
EMC Silicon Chip Cu L/F Epoxy Cu Lead Frame
Gold Wire
Cu L/F
结构示意图
14
PQFQ结构图 结构图
Gold Wire IC EMC
Solder Lead QFP实物剖面图
PCB
15
PQFQ结构图 结构图
1
电子零件结构介绍
2
电阻 电 子 零 件 被动 电容 电感 主动
被动元件:当施以电信 号时不改变本身特性, 即提供简单的,可重复 的反应.
二极体 主动元件:在模拟或数 字电路中,可以自己控 三极体 制电压和电流,以产生 增益或开关作用,即对 IC 施加信号有反应,可以 改变自己的基本特性.
3
第一部分
7
电容结构图
Pd/PdAg/Ni Sn
Ni
Ag/Cu
陶瓷
8
电容结构图
电容外观图
实物剖面图
9
其它电容结构图
实物剖面图1
实物剖面图2
实物剖面图3
10
三极体
复合型管 外 观 图 (有两个三极管)
三极管的符号表示
N P N P N P
11
三极体
实物剖面图
12
BGA是什么
BGA是什么1、背景在信息时代，电子产品的更新换代速度加快，计算机、移动设备、便携式设备等产品的普及，使得人们对电子产品的要求越来越高。
这就使得产品的性能必须有所提高，IC芯片的特征尺寸就要越来越小，复杂程度需要增加，于是，电路的I/O数就需要更多，且I/O的密度也会不断增加。
对电路封装的要求也更加严格。
再采用QFP封装技术,通过增加I/O数,减小引线间距, 已经不能满足电子产品发展的要求。
球形触点阵列封装(Ball grid array,简称BGA ) 技术,芯片尺寸封装(Chip scalepackage,简称CSP) 技术,直接芯片键合(Direct chipattach,简称DCA) 技术,面阵列倒装芯片( Area array flipchip) 技术等应运而生。
其中,BGA封装技术就是近年来国内外发展迅速，应用广泛的一种微电子封装技术。
2、BGA简介BGA（英文全称Ball Grid Array），即球形阵列，也有人翻译为“球栅阵列封装”、“网格焊球阵列”和“球面阵”等等。
球栅阵列封装BGA是20世纪90年代开始应用，现主要应用于高端器件的封装，发展空间还相当大。
BGA封装技术是在模块底部或上表面焊有按阵列形式分布的许多球状凸点，通过焊料凸点实现封装体与基板之间互连的一种封装技术。
在半导体IC的所有封装类型中，1996～2001年这5年期间，BGA封装的增长速度最快。
在1999年时，BGA的产量已经为10亿只，但是该技术仍然限于高密度、高性能器件的封装，而且该技术仍朝着细节距、高I/O端数方向发展。
BGA封装技术主要适用于PC芯片组、微处理器/控制器、ASIC、门阵、存储器、DSP、PDA、PLD等器件的封装。
3、BGA的分类BGA的封装类型有很多种，一般外形结构为方形或矩形。
按照锡球焊接的排布方式可分為周边型、交错型和全阵列型BGA。
根据其基板的不同，可分为三类：PBGA(Plastic ball Zdd array 塑胶焊球阵列)；CBGA(ceramic ball Sdd array 陶瓷焊球阵列)；TBGA (tape ball grid array载带型焊球陣列)。
PBGA焊接开裂失效原因分析及改善
与 塑封 四边扁 平 封 装 （ ＱＦ Ｐ Ｐ）相 比 ，塑 封球 面 阵列 （ Ｂ Ｐ ＧＡ）封 装 器 件 的 板 级加 密 度 有 了很 大 提 高 。由于连 线 分布 电感 的减 小 ，集成 电路 的 电性 能参 数 也 得到提 高 ， 同时 ，器件 通过 安装 板 的散 热效 果也
印 制 电路信 息 ２ １ ｏ８ ０ ０Ｎ
，
试 过 程 中 发现 ＢＧＡ器 件 存 在 焊 接 失效 ，用 热 风拆 除 Ｂ ＧＡ器件 后 发现对 应Ｐ Ｂ 盘存 在不 润湿 现象 。 Ｃ焊
（ ）金相 切 片及 Ｓ ＤＳ 析 。首先 ，对 失效ＢＧ ４ Ｅ 分 Ａ 器 件焊 点进行 金相 切 片￣ Ｓ Ｍ ＆Ｅ 分 析 ，发现 器件 １Ｅ ＤＳ
现 失 效ＢＧＡ处 于 板 子 中 部 ， 且 为 该 板 中 最 大 的 器 件 ，对 已拆 除 Ｂ ＧＡ器 件 的Ｐ ＣＢ焊 盘 进 行观 察 ，发 现 有较 多焊 盘表 面存 在大 面积 的润湿 不 良，见 图４ 。
ＰＢＧ Ａ ｅ ｄｉ ａ ｋ ｉｕｒ Ｗ ｌ ｎｇ Ｃｒ ｃ Ｆａ ｌ ｅＡｎａ ｙｓｓａ ｍ ｐｒ ｖｅ ｅ ｌ ｉ ｎｄ Ｉ ｏ ｍ ｎｔ
ＬＩ ＵＤ ｏ ｇ ＺＨ ＯＵ Ｇａ ｇ ｎ ｎ
Ａｂ ｔ ｃ ｓｒ ｔ ａ
Ｂ ｃｕｅＰ Ｇ ｄ ｌ ｉ ｌ ａ ｄｂ ｔ ｅ ｕ ａｔ ｃｍｐ ｎ ｎｓ ｎ Ｃ ｔｅｓｌｅ ｊｉ ｓ ｅａ ｓ Ｂ Ａ ｍｏ ｕｅ ｓｏ ｔ ｅ ｃ ｅ ｗｅｎｆ ｒ ｒ ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｄＰ Ｂ，ｈ ｏｄｒ ｏｎ ｏ ｐ ｓ ｔ
图 １ 焊 接 失 效 的 Ｐ Ｂ 品外 观 照 片 Ｃ 样
得 到 了很大 的 改善 。
集成电路封装技术
4. 中国是半导体器件的消费“大国”，生产“小国”。 半导体器件生产发展的市场余地很大。 2000年中国消耗的半导体占世界半导体市场份额的6.9%, 生产的半导体只占世界产值的1.2%;2004年占3.7％； 2002年中国消耗的半导体占世界半导体市场份额的14.4%, 生产的半导体只占世界产值的1.8%。 中国所消费的半导体产品中85%依靠进口。 广阔的市场、就地生产、降低成本、抢占中国市场，及 2000年6月18号文件提供的优惠政策是吸引外资、快速 发展中国半导体产业的主要因素。
20％
10％
2％
*
四、集成电路的基本组（封）装工艺 不同的封装使用的封装工艺是不同的： 金属封装 陶瓷封装 塑料封装： 引线框架式封装 PCB基板 PBGA： WB （引线键合） FC （倒装芯片） 载带： TAB（载带自动焊） 圆片级封装 WLP DIP、SOP、QFP、PLCC等主要都是塑料封装。
*
③ 按引线形状 无引线：焊点、焊盘 有引线：
TH 直插
外壳
芯片
*
L型 （翼型）
J型
焊球
焊柱
扁平
I形（柱形）
SMT
*
图3 一级封装的类型
*
IC封装的生命周期
图4 上世纪末集成电路封装的生命周期
*
④ 目前世界上产量较多的几类封装 SOP 55～57% PDIP 14% QFP (PLCC) 12% BGA 4～5%
目录 一、中国将成为世界半导体封装业的重要基地 二、IC封装的作用和类型 三、IC封装的发展趋势 四、IC封装的基本工艺 五、几种新颖封装BGA、CSP、WLP 六、封装的选择和设计 七、微电子封装缩略词
*
一、中国将成为世界半导体封装业的重要基地之一 1. 世界半导体工业仍在高速发展