工学BGA和CSP的封装技术

1.27mm间距的CBGA器件
(4)由于引脚是焊球，可明显改善共面性，大大地减少了共 面失效。
(5)BGA引脚牢固，不像QFP那样存在引脚易变形问题。 (6)BGA引脚很短，使信号路径短，减小了引脚电感和电容， 改善了电性能。 (7)焊球熔化时的表面张力具有明显的“自对准”效应，从 而可大为减少安装、焊接的失效率。 (8)BGA有利于散热。 (9)BGA也适合MCM的封装,有利于实现MCM的高密度、高性能。
基板制备完之后，首先用含银环氧树脂（导电胶）将硅芯 片粘到镀有Ni—Au的薄层上，粘接固化后用标准的金丝球焊机 将IC芯片上的铝焊区与基板上的镀Ni—Au的焊区用WB相连。然 后用填有石英粉的环氧树脂模塑料进行模塑包封。固化之后， 使用一个焊球自动拾放机将浸有焊剂的焊球（预先制好）安放 到各个焊区，用常规的SMT再流焊工艺在N2气氛下进行再流，焊 球与镀Ni—Au的PWB焊区焊接。
(1)和环氧树脂电 路板的热匹配性好。
(2)对焊球的共面 要求宽松,因为焊球参 与再流焊时焊点的形成。
(3)安放时，可以通过封装体边缘对准。 (4)在BGA中成本最低。 (5)电性能良好。 (6)与PWB连接时，焊球焊接可以自对准。 (7)可用于MCM封装。 PBGA封装的缺点主要是对湿气敏感。
下图为CBGA封装结构,最早源于IBM公司的C4倒装芯片工艺。 采用双焊料结构,用10%Sn-90%Pb高温焊料制作芯片上的焊球,用 低熔点共晶焊料63%Sn-37%Pb制作封装体的焊球。此方法也称为 焊球连接(SBC)工艺。
CBGA封装的优点如下： (1)可靠性高，电
性能优良。 (2)共面性好，焊
点成形容易。 (3)对湿气不敏感。 (4)封装密度高(焊球为全阵列分布)。 (5)和MCM工艺相容。 (6)连接芯片和元件的返修性好。
CBGA封装的缺点是： (1)由于基板和环氧树脂印制电路板的热膨胀系数不同，因 此热匹配性差。CBGA-FR4基板组装时，热疲劳寿命短。 (2)封装成本高。 如图为CCGA封 装结构，CCGA是 CBGA的扩展。它采 用10%Sn-90%Pb焊柱 代替焊球。焊柱较 之焊球可降低封装 部件和PWB连接时的 应力。这种封装具 有清洗容易、耐热性能好和可靠性高的特点。
P技 术的延伸，利用TAB实现芯片的连接。TBGA封装的优点如下：
TBGA封装的优点如下： (1)尽管在芯片连接中局部存在应力，但总体上和环氧
树脂印刷电路板热匹配性较好。 (2)是最薄型的BGA封装，可节省安装空间。
(3)是经济型的BGA封装。 TBGA封装的缺点是：
Motorola 1.27mm引脚间距的CBGA
BGA具有以下特点： (1)失效率低。使用 BGA，可将窄节距QFP的 焊点失效率减小两个数 量级，且无需对安装工 艺作大的改动。
(2)BGA焊点节距一 般为1.27mm和0.8mm，可 以利用现有的SMT工艺设 备。
(3)提高了封装密度， 改进了器件引脚和本体 尺寸的比率。
5.2 BGA的封装技术
5.2.1 BGA的封装技术
PBGA中的焊球做在PWB基板上，在芯片粘接和WB后模塑。下 面以OMPAC为例，简要介绍BGA的制作过程。
如图为Motorola公司生产的OMPAC(模塑BGA)的结构示意图。 其制作过程如下：
OMPAC基板的PWB，材料是BT树脂或玻璃。BT树脂或玻璃芯 板被层层压在两层18um厚的铜箔之间。然后钻通孔和镀通孔， 通孔一般位于基板的四周。用常规的PWB工艺在基板的两面制作 图形(导带、电极以及安装焊球的焊区阵列)。然后形成介质阻 焊膜并制作图形，露出电极和焊区。
5.1.2 BGA的封装类型和结构
BGA封装按基板的种类，分为：PGBA(塑封BGA)、CBGA(陶 瓷BGA)、CCGA(陶瓷焊柱阵列)、TBGA(载带BGA)、MBGA(金属 BGA)、FCBGA(倒装芯片BGA)和EBGA(带散热器BGA)等。
PBGA封装结构如图所示，焊球做在PWB基板上，在芯片粘接 和WB后模塑。采用的焊球材料为共晶或准共晶Pb-Sn合金。焊球 的封装体的连接不需要另外的焊料。PBGA封装的优点如下：
(1)对湿气敏感。 (2)对热敏感。
下图为FCBGA封装结构。FCBGA通过FC实现芯片与BGA衬底 的连接。FCBGA有望成为发展最快的一种BGGA封装。其优点如下：
(1)电性能优良， 如电感、延迟较小。
(2)热性能优良， 背面可安装散热器。
(3)可靠性高。 (4)与SMT技术 相容，封装密度高。 (5)可返修性强。 (6)成本低。 EBGA与PBGA相比较，PBGA一般是芯片正装，而EBGA是芯片 倒装，芯片背面连接散热器，因此耗散功率大。它的特点主要 是性能优于PBGA，其他性能基本与PBGA相似。
第5章 BGA和CSP的封装技术
5.1 BGA的基本概念、特点和封装类型
5.1.1 BGA的基本概念和特点
BGA(Ball Grid Array)即“焊球阵列”。它是在基板的下 面按阵列方式引出球形引脚,在基板上面装配LSI芯片(有的BGA 引脚端与芯片在基板同一面),是LSI芯片用的一种表面安装型封 装。
在基板上装配焊球有两种方法：“球在上”和“球在下”， OMPAC采用的是前者。先在基板上丝网印制焊膏，将印有焊膏的 基板装在一个夹具上，用定位销将一个带筛孔的顶板与基板对 准，把球放在顶板上，筛孔的中心距与阵列焊点的中心距相同， 焊球通过孔对应落到基板焊区的焊膏上，多余的球则落入一个 容器中。取下顶板后将部件送去再流，再流后进行清洗。“球 在下”方法被IBM公司用来在陶瓷基板上装焊球，其过程与“球 在上”相反，先将一个带有以所需中心距排列的孔（直径小于 焊球）的特殊夹具（小舟）放在一个振动/摇动装置上，放入焊 球，通过振动使球定位于各个孔，在焊球位置上印焊膏，再将 基板对准放在印好的焊膏上，送去再流，之后进行清洗。焊球 的直径一般是0.76mm(30mil)或0.89mm(35mil)，PBGA焊球的成 分为低熔点的63%Sn-37%Pb(OMPAC为62%Sn-36%Pb-2%Ag)。