bga封裝工藝技術(shù)

BGA封裝技術(shù)摘要本文簡(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)開(kāi)發(fā)我國(guó)BGA封裝技術(shù)提出了建議。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)TN30594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。人們對(duì)電子產(chǎn)品的功能要求越來(lái)越多、對(duì)性能要求越來(lái)越強(qiáng)，而體積要求卻越來(lái)越小、重量要求越來(lái)越輕。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。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，IC芯片的特征尺寸就要越來(lái)越小，復(fù)雜程度不斷增加，于是，電路的IO數(shù)就會(huì)越來(lái)越多，封裝的IO密度就會(huì)不斷增加。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。集成電路的封裝發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。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。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)。在半導(dǎo)體IC的所有封裝類型中，19962001年這5年期間，BGA封裝的增長(zhǎng)速度最快。在1999年，BGA的產(chǎn)量約為10億只，在2004年預(yù)計(jì)可達(dá)36億只。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IO端數(shù)方向發(fā)展。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。2BGA封裝的特點(diǎn)BGABDLLGRIDARRAY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IO端與印刷線路板PCB互接。采用該項(xiàng)技術(shù)封裝的器件是一種表面貼裝型器件。與傳統(tǒng)的腳形貼裝器件LEADEDDECE如QFP、PLCC等相比，BGA封裝器件具有如下特點(diǎn)。1IO數(shù)較多。BGA封裝器件的IO數(shù)主要由封裝體的尺寸和焊球節(jié)距決定。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IO數(shù)，縮小封裝體尺寸，節(jié)省組裝的占位空間。通常，在引線數(shù)相同的情況下，封裝體尺寸可減小30以上。例如CBGA49、BGA320節(jié)距127MM分別與PLCC44節(jié)距為127MM和MOFP304節(jié)距為08MM相比，封裝體尺寸分別縮小了84和47，如圖2所示。2提高了貼裝成品率，潛在地降低了成本。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127MM、10MM、08MM、065MM、05MM。當(dāng)IO數(shù)越來(lái)越多時(shí)，其節(jié)距就必須越來(lái)越小。而當(dāng)節(jié)距540。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。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。目前，當(dāng)IO數(shù)25LLM，這就要求鍵合引線必須具有高的線性度和良好的弧形。513鍵合強(qiáng)度由于芯片和基片上的焊盤(pán)面積都比較小，所以精密距焊接時(shí)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(dǎo)致基片上焊點(diǎn)的橫截面積較小，從而會(huì)影響鍵合強(qiáng)度。514低溫處理塑封BGA的基片材料通常是由具有低玻璃化溫度TG約為175、高的熱膨脹系數(shù)CTE約為13PPM的聚合物樹(shù)脂制成的，因此在封裝過(guò)程中的芯片裝片固化、焊線、模塑等都必須在較低的溫度下進(jìn)行。而當(dāng)在低溫下進(jìn)行鍵合時(shí)，對(duì)鍵合強(qiáng)度和可靠性會(huì)產(chǎn)生不良影響。要解決這一問(wèn)題就必須要求鍵合機(jī)的超聲波發(fā)生器具有較高100KHZ以上的超聲頻率。因此，在制造工藝上對(duì)鍵合機(jī)、鍵合工具、鍵合絲都提出了挑戰(zhàn)。對(duì)鍵合機(jī)的要求具有良好的成球控制能力，具有100KHZ以上的超聲頻率，能在低溫下實(shí)現(xiàn)精密距焊接，能精確地控制鍵合引線弧形，鍵合質(zhì)量具有良好的重復(fù)性等。目前新一代的鍵合機(jī)都能滿足上述要求。對(duì)劈刀的要求必須具有良好的幾何形狀，能適應(yīng)高頻鍵合，以提供足夠高的鍵合強(qiáng)度；材質(zhì)好，使用壽命長(zhǎng)。對(duì)鍵合絲的要求必須具有好的中、低弧度長(zhǎng)弧線性能，良好的韌性及抗拉強(qiáng)度。52倒裝焊方式最近幾年，倒裝焊技術(shù)的應(yīng)用急劇增長(zhǎng)，它與引線鍵合技術(shù)相比，有3個(gè)特點(diǎn)倒裝焊技術(shù)克服了引線鍵合焊盤(pán)中心距極限的問(wèn)題。在芯片的電源地線分布設(shè)計(jì)上給電子設(shè)計(jì)師提供了更多的便利。為高頻率、大功率器件提供更完善的信號(hào)。倒裝焊具有焊點(diǎn)牢固、信號(hào)傳輸路徑短、電源地分布、IO密度高、封裝體尺寸小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是由于凸點(diǎn)的制備是在前工序完成的，因而成本較高。倒裝焊的凸點(diǎn)是在圓片上形成的，制成后再進(jìn)行圓片切割，合格的芯片被吸附、浸入助焊劑中，然后放置在基片上在芯片的移植和處理過(guò)程中，助焊劑必須有足夠的粘度來(lái)粘住芯片，接著將焊料球回流以實(shí)現(xiàn)芯片與基片的互連。在整個(gè)加工過(guò)程中，工藝處理的是以圓片、芯片和基片方式進(jìn)行的，它不是單點(diǎn)操作，因而處理效率較高。采用倒裝焊方式需要考慮的幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題。521基板技術(shù)對(duì)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(dǎo)熱率等。在基板與芯片一級(jí)互連之間或基板與PCB板二級(jí)互連之間的TCE失配是造成產(chǎn)品失效的主要原因。CTE失配產(chǎn)生的剪切應(yīng)力將引起焊接點(diǎn)失效。通常封裝體的信號(hào)的完整性與基片的絕緣電阻、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗有直接的關(guān)系。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(shí)。當(dāng)選擇基板時(shí)應(yīng)考慮上述因素。對(duì)倒裝焊而言，使用有機(jī)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(diǎn)是有著低的互連電阻和低的介電常數(shù)。它的局限性在于在芯片與基板之間高的CTE差會(huì)產(chǎn)生大的熱失配；在可靠性環(huán)境試驗(yàn)中，與同類型的陶瓷封裝器件相比，可靠性較差，其主要原因是水汽的吸附。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(diǎn)疲勞。它的高介電常數(shù)、電阻率也不適用于高速、高頻器件?，F(xiàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的陶瓷基板HITCE陶瓷基板，它有3個(gè)主要特點(diǎn)，122PPM的CTE，低的介電常數(shù)54，低阻的銅互連系統(tǒng)。它綜合了氧化鋁陶瓷基板和有機(jī)物基板的最佳特性，其封裝產(chǎn)品的可靠性和電性能得以提高。表3為陶瓷基板和有機(jī)物基板材料特性的比較。522凸點(diǎn)技術(shù)也許倒裝焊技術(shù)得以流行是由于現(xiàn)在有各種各樣的凸點(diǎn)技術(shù)服務(wù)?，F(xiàn)在常用的凸點(diǎn)材料為金凸點(diǎn)，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(diǎn)技術(shù)的關(guān)鍵在于當(dāng)節(jié)距縮小時(shí)，必須保持凸點(diǎn)尺寸的穩(wěn)定性。焊料凸點(diǎn)尺寸的一致性及其共面性對(duì)倒裝焊的合格率有極大的影響。523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(yīng)力。6常規(guī)BGA封裝的成本性能比較常規(guī)BGA封裝的成本和性能比較如表4。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(shè)計(jì)、封裝材料的選擇和組裝工藝。塑封料濕氣的吸附，界面的粘結(jié)強(qiáng)度，芯片、引線鍵合、焊料球接點(diǎn)處的應(yīng)力是影響器件可靠性的主要因素。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(biāo)8我們的建議我國(guó)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。國(guó)外的BGA封裝在1997年就已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)，在國(guó)內(nèi)除了合資或國(guó)外獨(dú)資企業(yè)外，沒(méi)有一家企事業(yè)單位能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)，其根本原因是既沒(méi)有市場(chǎng)需求牽引，也沒(méi)有BGA封裝需要的技術(shù)來(lái)支撐。對(duì)于國(guó)內(nèi)BGA封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，希望國(guó)家能夠予以重視和政策性傾斜。開(kāi)發(fā)BGA封裝技術(shù)目前需要解決的總是應(yīng)有以下幾項(xiàng)需要解決BGA封裝的基板制造精度問(wèn)題和基板多層布線的鍍通孔質(zhì)量問(wèn)題；需要解決BGA封裝中的焊料球移植精度問(wèn)題；倒裝焊BGA封裝中需要解決凸點(diǎn)的制備問(wèn)題；需要解決BGA封裝中的可靠性問(wèn)題。9結(jié)束語(yǔ)封裝密度、熱、電性能和成本是BGA封裝流行的主要原因。隨著時(shí)間的推移，BGA封裝會(huì)有越來(lái)越多的改進(jìn)，性價(jià)比將得到進(jìn)一步的提高，由于其靈活性和優(yōu)異的性能，BGA封裝有著廣泛的前景。正因?yàn)锽GA封裝有如此的優(yōu)越性，我們也應(yīng)該開(kāi)展BGA封裝技術(shù)的研究，把我國(guó)的封裝技術(shù)水平進(jìn)一步提高，為我國(guó)電子工業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。CSP封裝技術(shù)摘要CSP技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來(lái)的新型集成電路封裝技術(shù)。應(yīng)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(dāng)快，現(xiàn)已成為集成電路重要的封裝技術(shù)之一。目前已開(kāi)發(fā)出多種類型CSP，品種多達(dá)100多種；另外，SP產(chǎn)品的市場(chǎng)也是很大的，并且還在不斷擴(kuò)大。但是CSP技術(shù)、CSP產(chǎn)品市場(chǎng)是國(guó)外的或國(guó)外公司的。我們需要開(kāi)發(fā)我們的CSP技術(shù)，當(dāng)然，開(kāi)發(fā)CSP技術(shù)難度比較大，需要的資金多，因此需要國(guó)內(nèi)多個(gè)部門協(xié)作，以及國(guó)家投入較多的資金。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(hào)TN30594文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A1前言CSPCHIPSIZEPACKAGE，即芯片尺寸封裝。它的面積組裝占用印制板的面積與芯片尺寸相同或比芯片尺寸稍大一些，而且很薄。這種封裝形式是由日本三菱公司在1994年提出來(lái)的。對(duì)于CSP，有多種定義日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)把CSP定義為芯片面積與封裝體面積之比大于80的封裝；美國(guó)國(guó)防部元器件供應(yīng)中心的JSTK012標(biāo)準(zhǔn)把CSP定義為L(zhǎng)SI封裝產(chǎn)品的面積小于或等于LSI芯片面積的120的封裝；松下電子工業(yè)公司將之定義為L(zhǎng)SI封裝產(chǎn)品的邊長(zhǎng)與封裝芯片的邊長(zhǎng)的差小于IMM的產(chǎn)品等。這些定義雖然有些差別，但都指出了CSP產(chǎn)品的主要特點(diǎn)封裝體尺寸小。CSP技術(shù)是在電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代時(shí)提出來(lái)的，它的目的是在使用大芯片芯片功能更多，性能更好，芯片更復(fù)雜替代以前的小芯片時(shí)，其封裝體占用印刷板的面積保持不變或更小。正是由于CSP產(chǎn)品的封裝體小、薄，因此它的手持式移動(dòng)電子設(shè)備中迅速獲得了應(yīng)用。在1996年8月，日本SHARP公司就開(kāi)始了批量生產(chǎn)CSP產(chǎn)品；在1996年9月，日本索尼公司開(kāi)始用日本TI和NEC公司提供的CSP產(chǎn)品組裝攝像機(jī)；在1997年，美國(guó)也開(kāi)始生產(chǎn)CSP產(chǎn)品。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(dá)一百種以上。由于CSP產(chǎn)品的體積小、薄，因而它改進(jìn)了封裝電路的高頻性能，同時(shí)也改善了電路的熱性能；另外，CSP產(chǎn)品的重量也比其它封裝形式的輕得多，除了在手持式移動(dòng)電子設(shè)備中應(yīng)用外，在航天、航空，以及對(duì)電路的高頻性能、體積、重量有特殊要求的軍事方面也將獲得廣泛應(yīng)用。2CSP產(chǎn)品的特點(diǎn)CSP是目前最先進(jìn)的集成電路封裝形式，它具有如下一些特點(diǎn)體積小。在各種封裝中，CSP是面積最小，厚度最小，因而是體積最小的封裝。在輸入輸出端數(shù)相同的情況下，它的面積不到05MM間距QFP的十分之一，是BGA或PGA的三分之一到十分之一。因此，在組裝時(shí)它占用印制板的面積小，從而可提高印制板的組裝密度，厚度薄，可用于薄形電子產(chǎn)品的組裝；輸入輸出端數(shù)可以很多。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。例如，對(duì)于40MM40MM的封裝，QFP的輸入輸出端數(shù)最多為304個(gè)，BGA的可以做到600700個(gè)，而CSP的很容易達(dá)到1000個(gè)。雖然目前的CSP還主要用于少輸入輸出端數(shù)電路的封裝；電性能好。CSP內(nèi)部的芯片與封裝外殼布線間的互連線的長(zhǎng)度比QFP或BGA短得多，因而寄生參數(shù)小，信號(hào)傳輸延遲時(shí)間短，有利于改善電路的高頻性能。熱性能好。CSP很薄，芯片產(chǎn)生的熱可以很短的通道傳到外界。通過(guò)空氣對(duì)流或安裝散熱器的辦法可以對(duì)芯片進(jìn)行有效的散熱；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。這對(duì)于航空、航天，以及對(duì)重量有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品應(yīng)是極為有利的。CSP電路，跟其它封裝的電路一樣，是可以進(jìn)行測(cè)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(diǎn)。CSP產(chǎn)品，它的封裝體輸入輸出端焊球、凸點(diǎn)或金屬條是在封裝體的底部或表面，適用于表面安裝。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31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。在薄膜上制作有多層金屬布線。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。采用TAB鍵合的CSP，使用周邊焊盤(pán)芯片。32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(shù)脂板制成的。采用倒裝片的陶瓷基片CSP產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖如圖2；采用引線鍵合的樹(shù)脂基片CSP產(chǎn)品的典型結(jié)構(gòu)示意如圖3。33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(pán)伸人到了芯片內(nèi)部區(qū)域。引線框架CSP多采用引線鍵合金絲球焊來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片焊盤(pán)與引線框架CSP焊盤(pán)的連接。它的加工過(guò)程與常規(guī)塑封電路加工過(guò)程完全一樣，它是最容易形成規(guī)模生產(chǎn)的。引線框架CSP產(chǎn)品的典型結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。34圓片級(jí)CSP圓片級(jí)CSP，是先在圓片上進(jìn)行封裝，并以圓片的形式進(jìn)行測(cè)試，老化篩選，其后再將圓片分割成單一的CSP電路。35疊層CSP把兩個(gè)或兩個(gè)以上芯片重疊粘附在一個(gè)基片上，再封裝起來(lái)而構(gòu)成的CSP稱為疊層CSP。在疊層CSP中，如果芯片焊盤(pán)和CSP焊盤(pán)的連接是用鍵合引線來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下層的芯片就要比上層芯片大一些，在裝片時(shí)，就可以使下層芯片的焊盤(pán)露出來(lái)，以便于進(jìn)行引線鍵合。在疊層CSP中，也可以將引線鍵合技術(shù)和倒裝片鍵合技術(shù)組合起來(lái)使用。如上層采用倒裝片芯片，下層采用引線鍵合芯片。引線鍵合疊層CSP結(jié)構(gòu)示意圖如圖5；倒裝片鍵合疊層CSP結(jié)構(gòu)示意圖如圖6。4CSP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。不同類型的CSP產(chǎn)品有不同的封裝工藝，一些典型的CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程如下41柔性基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程柔性基片CSP產(chǎn)品，它的芯片焊盤(pán)與基片焊盤(pán)問(wèn)的連接方式可以是倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合。采用的連接方式不同，封裝工藝也不同。1采用倒裝片鍵合的柔性基片CSP的封裝工藝流程圓片二次布線焊盤(pán)再分布減薄形成凸點(diǎn)劃片倒裝片鍵合模塑包封在基片上安裝焊球測(cè)試、篩選激光打標(biāo)2采用TAB鍵合的柔性基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程圓片在圓片上制作凸點(diǎn)減薄、劃片TAB內(nèi)焊點(diǎn)鍵合把引線鍵合在柔性基片上TAB鍵合線切割成型TAB外焊點(diǎn)鍵合模塑包封在基片上安裝焊球測(cè)試篩選激光打標(biāo)3采用引線鍵合的柔性基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程圓片減薄、劃片芯片鍵合引線鍵合模塑包封在基片上安裝焊球測(cè)試、篩選激光打標(biāo)42硬質(zhì)基片CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程硬質(zhì)基片CSP產(chǎn)品封裝工藝與柔性基片的封裝工藝一樣，芯片焊盤(pán)與基片焊盤(pán)之間的連接也可以是倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合。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(shí)會(huì)有較大的差別。43引線框架CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程引線框架CSP產(chǎn)品的封裝工藝與傳統(tǒng)的塑封工藝完全相同，只是使用的引線框架要小一些，也要薄一些。因此，對(duì)操作就有一些特別的要求，以免造成框架變形。引線框架CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程如下圓片減薄、劃片芯片鍵合引線鍵合模塑包封電鍍切篩、引線成型測(cè)試篩選激光打標(biāo)44圓片級(jí)CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程1在圓片上制作接觸器的圓片級(jí)CSP的封裝工藝流程；圓片二次布線減薄在圓片上制作接觸器接觸器電鍍測(cè)試、篩選劃片激光打標(biāo)2在圓片上制作焊球的圓片級(jí)CSP的封裝工藝流程圓片二次布線減薄在圓片上制作焊球模塑包封或表面涂敷測(cè)試、篩選劃片激光打標(biāo)45疊層CSP產(chǎn)品的封裝工藝流程疊層CSP產(chǎn)品使用的基片一般是硬質(zhì)基片。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(cè)試篩選激光打標(biāo)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。芯片鍵合時(shí)，多層芯片可以同時(shí)固化導(dǎo)電膠裝片，也可以分步固化；引線鍵合時(shí)，先鍵合下面一層的引線，后鍵合上面一層的引線。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(diǎn)劃片倒裝鍵合下填充包封在基片上安裝焊球測(cè)試篩選激光打標(biāo)在疊層CSP中，如果是把倒裝片鍵合和引線鍵合組合起來(lái)使用。在封裝時(shí)，先要進(jìn)行芯片鍵合和倒裝片鍵合，再進(jìn)行引線鍵合。5開(kāi)發(fā)CSP產(chǎn)品需要解決的一些技術(shù)問(wèn)題51CSP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)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。盡管如此，CSP技術(shù)還是處于發(fā)展的初期階段，因此還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。不同的廠家生產(chǎn)不同的CSP產(chǎn)品。一些公司在推出自己的產(chǎn)品時(shí)，也推出了自己的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)包括產(chǎn)品的尺寸長(zhǎng)、寬、厚度、焊球間距、焊球數(shù)等。SHARP公司的CSP產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)有如表1、表2。在我國(guó)，要開(kāi)發(fā)CSP產(chǎn)品，也需要建立一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以便幫助我們自己的CSP產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。52CSP產(chǎn)品的封裝技術(shù)問(wèn)題在CSP中，集成電路芯片焊盤(pán)與封裝基片焊盤(pán)的連接方式主要有三種倒裝片鍵合、TAB鍵合、引線鍵合，因此，開(kāi)發(fā)CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的封裝技術(shù)就可以分為三類。521開(kāi)發(fā)倒裝片鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)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(pán)再分布成間距為200微米左右的陣列焊盤(pán)。在對(duì)芯片焊盤(pán)進(jìn)行再分布時(shí)，同時(shí)也形成了再分布焊盤(pán)的電鍍通道。B凸點(diǎn)形成電鍍金凸點(diǎn)或焊料凸點(diǎn)技術(shù)。在再分布的芯片焊盤(pán)上形成凸點(diǎn)。C倒裝片鍵合技術(shù)。把帶有凸點(diǎn)的芯片面朝下鍵合在基片上。D包封技術(shù)。包封時(shí)，由于包封的材料厚度薄，空洞、裂紋的存在會(huì)更嚴(yán)重的影響電路的可靠性。因此，在包封時(shí)要減少甚至避免孔洞、裂紋的出現(xiàn)。另外，還要提高材料的抗水汽滲透能力。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。E焊球安裝技術(shù)。在基片下面安裝焊球。F在開(kāi)發(fā)疊層倒裝片CSP產(chǎn)品中，還需要開(kāi)發(fā)多層倒裝片鍵合技術(shù)。522開(kāi)發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)芯片焊盤(pán)和封裝外殼引出焊盤(pán)間的連接的。開(kāi)發(fā)引線鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)如下一些封裝技術(shù)。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(pán)伸到了芯片上面，在鍵合時(shí)，鍵合線都很短，而且弧線很低。而在鍵合引線很短時(shí)，鍵合引線的弧線控制很困難。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(wèn)題，還要解決包封的沖絲問(wèn)題。C焊球安裝技術(shù)。D在開(kāi)發(fā)疊層引線鍵合CSP的產(chǎn)品中，還需要開(kāi)發(fā)多層引線的鍵合技術(shù)。523開(kāi)發(fā)TAB鍵合CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的封裝技術(shù)ATAB鍵合技術(shù)。B包封技術(shù)。C焊球安裝技術(shù)。524開(kāi)發(fā)圓片級(jí)CSP產(chǎn)品需要開(kāi)發(fā)的新技術(shù)A二次布線技術(shù)。B焊球制作技術(shù)。C包封技術(shù)。D圓片級(jí)測(cè)試和篩選技術(shù)。E圓片劃片技術(shù)。53與CSP產(chǎn)品相關(guān)的材料問(wèn)題要開(kāi)發(fā)CSP產(chǎn)品，還必須解決與CSP封裝相關(guān)的材料問(wèn)題。531CSP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(shù)脂基片、陶瓷基片。這些基片的制造難度相當(dāng)大。要生產(chǎn)這類基片，需要開(kāi)發(fā)相關(guān)的技術(shù)。同時(shí)，為了保證CSP產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性，在選擇材料或開(kāi)發(fā)新材料時(shí)，還要考慮到這些材料的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與硅片的相匹配。532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。為了避免在惡劣環(huán)境下失效，包封材料的氣密性或與被包封的各種材料的粘附性必須良好；有好的抗潮氣穿透能力，與硅片的熱膨脹匹配；以及一些其它的相關(guān)性能。54CSP的價(jià)格問(wèn)題CSP產(chǎn)品的價(jià)格也是一個(gè)重要的問(wèn)題。目前，CSP產(chǎn)品的價(jià)格都比較貴，是一般產(chǎn)品的一倍以上。為了降低價(jià)格，需要開(kāi)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(jià)格。55組裝CSP產(chǎn)品的印制板問(wèn)題組裝CSP產(chǎn)品的印制板，其制造難度是相當(dāng)大的，它不僅需要技術(shù)，而且需要經(jīng)驗(yàn)，還要使用新材料。目前，世界上只有為數(shù)不多的幾個(gè)廠家可以制造這類印制板。主要困難在于布線的線條窄，間距窄，還要制作一定數(shù)量的通孔，表面的平整性要求也較高。在選擇材料時(shí)還要考慮到熱膨脹性能。56CSP產(chǎn)品的市場(chǎng)問(wèn)題目前，國(guó)內(nèi)的CSP市場(chǎng)完全被外國(guó)公司和外資企業(yè)控制，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品要進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)也是相當(dāng)困難的。要進(jìn)入CSP市場(chǎng)，首先是要開(kāi)發(fā)出適銷對(duì)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(shí)供貨，并且價(jià)格要便宜。6關(guān)于開(kāi)發(fā)我國(guó)CSP技術(shù)的幾點(diǎn)建議CSP技術(shù)是為產(chǎn)品的更新?lián)Q代提出來(lái)的，該技術(shù)一開(kāi)發(fā)成功，就很快用于了產(chǎn)品的生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)短短幾年，它就成為了集成電路重要的封裝技術(shù)之一。而且，該技術(shù)還在迅速發(fā)展。近幾年，CSP產(chǎn)品的產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，預(yù)計(jì)在今后的幾年，還將高速增長(zhǎng)。在2002年，CSP產(chǎn)品的產(chǎn)量已達(dá)到50多億只，接近BGA的產(chǎn)量，年產(chǎn)值已達(dá)20多億美圓。近幾年CSP產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)和近兩年CSP產(chǎn)品預(yù)測(cè)情況如表3從表中可以看出，CSP產(chǎn)品的增長(zhǎng)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(chǎng)的。目前的PC市場(chǎng)容量達(dá)一千億只，CSP產(chǎn)品僅占有IC市場(chǎng)的二十分之一。隨著CSP技術(shù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，它會(huì)越來(lái)越多的取代其它的產(chǎn)品而占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額。在我國(guó)，CSP的市場(chǎng)手機(jī)、掌上電腦、薄型電腦等等很大。但是，這個(gè)市場(chǎng)目前完全被國(guó)外公司和外資公司占據(jù)。隨著CSP產(chǎn)品應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，市場(chǎng)還將增大。如果我們自己有CSP技術(shù)，我們就可以在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)上占有一席之地。為了國(guó)家，為了民族，我們應(yīng)該開(kāi)展我們的CSP技術(shù)。但是，開(kāi)發(fā)CSP技術(shù)，困難很多，它涉及的范圍寬、技術(shù)難度大。因此，要開(kāi)發(fā)CSP技術(shù)，需要有一批單位協(xié)同動(dòng)作，還需要有足夠的資金。為此，我們有如下幾點(diǎn)建議61建立CSP技術(shù)推進(jìn)協(xié)會(huì)CSP技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，它涉及封裝材料、封裝工藝、應(yīng)用材料、應(yīng)用工藝等，為了完成CSP技術(shù)的開(kāi)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(yīng)用部門、印制板制造部門等相關(guān)的各個(gè)部門協(xié)同努力。為了協(xié)調(diào)這些部門的開(kāi)發(fā)研究工作，需要有一定的組織形式。建立CSP技術(shù)堆進(jìn)協(xié)會(huì)或其它的組織形式應(yīng)是一種可行的辦法。推進(jìn)協(xié)會(huì)主要是領(lǐng)導(dǎo)、推動(dòng)、協(xié)調(diào)、檢查各部門的研究工作，以期加快CSP的開(kāi)發(fā)研究和推廣應(yīng)用，使我國(guó)CSP產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和能力得到迅速提高，從而可生產(chǎn)出高質(zhì)量、高可靠性的CSP產(chǎn)品，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)及軍事方面的應(yīng)用。62建立CSP技術(shù)重點(diǎn)研究室為了開(kāi)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)化研究室、CSP產(chǎn)品可靠性研究室等。而且，一種類型的研究室應(yīng)有兩個(gè)以上，以使研究室之間互相競(jìng)爭(zhēng)和互相促進(jìn)，從而可保證和加快CSP技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。63需要國(guó)家投入足夠的資金CSP技術(shù)，是一項(xiàng)有一定難度的高新技術(shù)。有一些技術(shù)是我們現(xiàn)在就有的，但需要提高；有一些技術(shù)是我們現(xiàn)在還沒(méi)有的，需要開(kāi)發(fā)。并且，要實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，都需要購(gòu)買先進(jìn)的設(shè)備，而這些設(shè)備都比較貴。另外，在進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，需要投入一定的人力和物力；再進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，要消耗材料、能源，一部分試驗(yàn)還要在另外的單位進(jìn)行。而且，在技術(shù)開(kāi)發(fā)時(shí)，還是冒失敗的風(fēng)險(xiǎn)。在開(kāi)發(fā)CSP技術(shù)中，需要的所有資金由開(kāi)發(fā)單位承擔(dān)，目前還不現(xiàn)實(shí)，因此需要國(guó)家投入資金，以扶持CSP技術(shù)的開(kāi)發(fā)。64選擇合適的CSP代表研究品種由于CSP的封裝種類多，封裝工藝也多，要開(kāi)發(fā)各種封裝工藝現(xiàn)在還不可能，也沒(méi)有必要。因此，要選擇好研究的CSP的代表品種。在一種或幾種工藝開(kāi)發(fā)完成后，再開(kāi)發(fā)另外一些封裝工藝。7結(jié)束語(yǔ)我國(guó)的集成電路封裝，從上世紀(jì)60年代末期到現(xiàn)在，經(jīng)歷了金屬圓管殼扁平陶瓷管殼雙列陶瓷管殼、雙列塑封陶瓷QFP管殼、塑料QFP陶瓷、塑料LCC陶瓷PGA管殼的封裝，目前正在進(jìn)入BGA、BGA、CSP的封裝階段。從集成電路的金屬圓管殼封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)始，我國(guó)的封裝技術(shù)人員就付出了辛勤的勞動(dòng)，才使我國(guó)的封裝技術(shù)達(dá)到了現(xiàn)在的水平。但是封裝技術(shù)的進(jìn)步，除了封裝技術(shù)人員的努力外，還離不開(kāi)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，也離不開(kāi)國(guó)家的大力投資。要開(kāi)發(fā)我國(guó)的CSP封裝技術(shù)，也需要各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，更需要國(guó)家在經(jīng)濟(jì)方面的大力支持。微型BGA與CSP的返工工藝包裝尺寸和錫球間距的減少，伴隨PCB上元件密度的增加，帶來(lái)了新的裝配與返工的挑戰(zhàn)。隨著電子裝配變得越來(lái)越小，密間距的微型球柵列陣MICROBGA和片狀規(guī)模包裝CSP滿足了更小、更快和更高性能的電子產(chǎn)品的要求。這些低成本的包裝可在許多產(chǎn)品中找到，如膝上型電腦、蜂窩電話和其它便攜式設(shè)備。包裝尺寸和錫球間距的減少，伴隨PCB上元件密度的增加，帶來(lái)了新的裝配與返工的挑戰(zhàn)。如果使用傳統(tǒng)的返工工藝而不影響鄰近的元件，緊密的元件間隔使得元件的移動(dòng)和更換更加困難，CSP提供更密的引腳間距，可能引起位置糾正和準(zhǔn)確元件貼裝的問(wèn)題，輕重量、低質(zhì)量的元件恐怕會(huì)中心不準(zhǔn)和歪斜，因?yàn)闊犸L(fēng)回流會(huì)使元件移位。本文描述的工藝是建立在一個(gè)自動(dòng)熱風(fēng)系統(tǒng)上，用來(lái)返工一些MICROBGA和CSP元件。返工元件的可靠性和非返工元件的可靠性將作一比較。工藝確認(rèn)本方案的目的是檢驗(yàn)工業(yè)中流行的MICROBGA和CSP的標(biāo)準(zhǔn)SMT裝配和返工工藝。最初的CSP裝配已在工業(yè)中變得越來(lái)越流行，但是元件返工的作品卻很少發(fā)表。由于小型元件尺寸、減少的球間距和其它元件的緊密接近，對(duì)板級(jí)返工的挑戰(zhàn)要求返工工藝的發(fā)展和優(yōu)化。本研究選擇了幾種元件表一。這些元件代表了各種輸入/輸出I/O數(shù)量、間距和包裝形式。內(nèi)存芯片包裝通常是低I/O包裝，如包裝1、2和4。通常這些包裝用于雙面或共享通路孔的應(yīng)用。包裝3，有144個(gè)I/O，典型地用于高性能產(chǎn)品應(yīng)用。所以CSP都附著有錫/鉛SN/PB共晶焊錫球，其范圍是從0013“到0020“。所有包裝都縫合以允許可靠性測(cè)試。為裝配準(zhǔn)備了兩個(gè)測(cè)試板設(shè)計(jì)。一個(gè)設(shè)計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)的FR4PCB，表面有用于線出口的“DOGBONE“焊盤(pán)設(shè)計(jì)。第二個(gè)設(shè)計(jì)使用了表層電路SLC,SURFACELAMINARCIRCUIT技術(shù)，和為線出口使用捕捉照相通路孔設(shè)計(jì)，而不是DOGBONE設(shè)計(jì)。板是1MM厚度。圖一所示為典型的144I/O包裝的焊盤(pán)形式。試驗(yàn)程序該返工工藝是在一臺(tái)帶有定制的偏置底板的熱風(fēng)返工工具上完成的使用BGA噴嘴熱風(fēng)加熱適于小型MICROBGA和CSP返工的低氣流能力,在定制偏置底板上對(duì)板底面加熱,計(jì)算機(jī)控制溫度曲線,校正的視覺(jué)系統(tǒng),自動(dòng)真空吸取和元件貼裝接下來(lái)的特殊工業(yè)流程是典型的用于BGA返工的。用熱風(fēng)噴嘴加熱元件到焊錫回流溫度，然后拿走。板座上的焊錫使用焊錫真空工具移去，直到座子平坦。然后座上上助焊劑，新的元件對(duì)中和貼裝，焊錫回流焊接于板上。要求作出元件移去和重新貼裝的溫度曲線。曲線參數(shù)必須符合錫膏制造商推薦的回流溫度和保溫時(shí)間。返工的每個(gè)元件座單獨(dú)地作曲線，由于板面吸熱的不同，內(nèi)層和相鄰元件的不同。以這種方式，將過(guò)熱或加熱不足或焊盤(pán)起脫的危險(xiǎn)減到最小。一旦得到溫度曲線，對(duì)將來(lái)所有相同位置的返工使用相同的條件。由于一個(gè)修正的回流工藝，開(kāi)發(fā)出元件取下和元件回流貼附的分開(kāi)的工藝步驟。圖二所示，是使用返工工具的減少流量能力50SCFH的溫度曲線例子。圖三所示，是使用正常空氣流量設(shè)定90SCFH的對(duì)較大元件的溫度曲線。對(duì)取下元件，工具的偏置底板設(shè)定到150C，以均勻地加熱機(jī)板，將返工位置的溫度斜率減到最小。大的溫度斜率可能引起局部板的翹曲。板放于框架的對(duì)中定位銷上，支持高于底板面0250“。支持塊粘貼于板返工座的背面，以加熱期間防止翹曲。板被覆蓋并加熱到135C溫度。返工工具使用無(wú)力移動(dòng)技術(shù)來(lái)從板上移去元件。當(dāng)過(guò)程開(kāi)始，真空吸取管降低來(lái)感應(yīng)元件的高度，然后升到特定的高度進(jìn)行加熱過(guò)程。當(dāng)元件達(dá)到回流溫度，真空吸嘴降低到預(yù)定高度，打開(kāi)真空，移去元件而不破壞共晶焊錫接點(diǎn)。丟棄取下的元件，加熱板上的下一個(gè)點(diǎn)。元件移去后接下來(lái)是座子修飾。這個(gè)是使用返工工具的自動(dòng)焊錫清道夫來(lái)完成的。板放在偏置底板上，預(yù)熱到大約130C。返工座在開(kāi)始過(guò)程前加助焊劑。焊錫清道夫?qū)LC預(yù)熱到420C，對(duì)FR4預(yù)熱到330C，檢查板的高度，然后一次過(guò)橫移過(guò)焊盤(pán)的每一排，當(dāng)其移動(dòng)時(shí)把焊錫吸上到真空管。反復(fù)試驗(yàn)得出對(duì)較小元件座的焊錫高于板面0010“，對(duì)較大元件座0012“。使用異丙醇清潔座，檢查是否損壞。典型的可避免的觀察是焊錫污斑和阻焊的損壞。元件貼放和回流步驟如下進(jìn)行。板預(yù)熱到135C，使用無(wú)麻刷擦過(guò)板面來(lái)給座加助焊劑。助焊劑起著將元件保持在位和回流前清潔焊盤(pán)表面的作用。使用返工工具的分離光學(xué)能力來(lái)將元件定位在板，完成元件貼裝。元件貼裝后，真空吸取管感覺(jué)元件高度，向上移到預(yù)定高度。這允許吸取管保持與熱風(fēng)噴嘴內(nèi)面的元件接觸，當(dāng)熱風(fēng)預(yù)熱步驟開(kāi)始時(shí)保持元件在位置上。跟著預(yù)熱保溫后，吸取管向上移動(dòng)另外0015“或0020“，以防止焊錫回流期間元件倒塌。結(jié)果與討論為了成功的CSP元件移動(dòng)和更換，過(guò)程調(diào)整是需要的。在峰值溫度，真空吸取管要降低到元件表面，損壞焊接點(diǎn)和濺錫到板上周圍區(qū)域。盡管返工工具據(jù)說(shuō)是使用無(wú)力移動(dòng)技術(shù)，元件上輕微的壓力足以損壞一小部分的共晶焊接點(diǎn)。板也看到去向上翹曲，使情況惡化。為了防止這個(gè)，在移去步驟中增加額外的高度，使得真空吸取管在移去時(shí)不會(huì)壓縮焊接點(diǎn)。自動(dòng)元件座清理工藝成功地使焊盤(pán)上的焊錫變平。這個(gè)步驟是關(guān)鍵的，因?yàn)楹副P(pán)必須平坦以防止貼裝時(shí)的歪斜。留下的焊錫覆蓋層在任何焊盤(pán)上典型地小于0001“高。圖四是在元件移去和座子清理后的典型的元件座的一個(gè)例子。元件貼放和回流是最困難的。在給座子上助焊劑后，貼放元件和回流座子，通常元件會(huì)偏斜。在不同情況下，元件錫球在板上焊盤(pán)內(nèi)熔濕不均勻。人們相信，元件太輕，在熱風(fēng)噴嘴內(nèi)移來(lái)移去。這種現(xiàn)象甚至發(fā)生在返工工具所允許的低氣流量情況。為了防止元件移動(dòng)，返工工具設(shè)定程序，在貼裝之后把真空吸取管留在元件頂上，直到通過(guò)溫度曲線的預(yù)熱部分。當(dāng)回流周期開(kāi)始時(shí)，真空管回輕輕縮回，允許元件熔濕焊盤(pán)而不損壞焊接點(diǎn)。這個(gè)方法使用很好，但有一些缺點(diǎn)?；亓髌陂g，元件上的吸取管的高度和重量有時(shí)會(huì)造成錫橋。真空吸取管似乎也會(huì)降低BGA的自對(duì)中能力。面對(duì)的另一個(gè)問(wèn)題是板的翹曲。因?yàn)榘搴鼙?，翹曲是一個(gè)很大的關(guān)注。使用特殊的支持塊來(lái)防止翹曲，在每個(gè)步驟，板被預(yù)熱以減少可能引起翹曲的溫度差。盡管如此，還有問(wèn)題。板會(huì)在高度讀數(shù)的壓力下向下弓，隨后在加熱過(guò)程中向上翹曲。這意味著，不得不在每一步中增加額外的高度。甚至這還不足夠。相同的拆卸參數(shù)會(huì)破壞拆卸中的元件，并且還不精確到足以拆卸另一塊板上的相同位置的元件。另外，使用的板的上助焊劑技術(shù)招徠問(wèn)題；它是很主觀的，一個(gè)技術(shù)員與另一個(gè)技術(shù)員差別很大。太多的助焊劑產(chǎn)生一層液體，回流期間CSP元件可能漂移。同時(shí)，太少助焊劑意味著當(dāng)熱空氣第一次開(kāi)動(dòng)時(shí)，沒(méi)有粘性的東西來(lái)保持元件在位置上。較近的論文指出，只對(duì)BGA本身而不是板的焊接點(diǎn)上助焊劑改進(jìn)了返工工藝的效率。最終返工焊接點(diǎn)與非返工焊接點(diǎn)是可以比較的?？煽啃匝b配的測(cè)試板進(jìn)行從40C到125C和從0C到100C的加速溫度循環(huán)ATC,ACCELERATEDTEMPERATURECYCLING試驗(yàn)。也進(jìn)行絕緣電阻IR,INSULATIONRESISTANCE測(cè)試。對(duì)任何的包裝都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)IR失效。包裝4有早期ATC失效100200個(gè)周期，40C125C，后來(lái)發(fā)現(xiàn)，該包裝的供應(yīng)商由于可靠性問(wèn)題沒(méi)有繼續(xù)該包裝。包裝13在0C100C的測(cè)試中表現(xiàn)良好大多數(shù)情況經(jīng)受大于1000次循環(huán)，而40C125C的試驗(yàn)有混合的結(jié)果。這個(gè)溫度循環(huán)范圍可能太進(jìn)取一點(diǎn)。包裝1和2的返工元件的循環(huán)壽命比非返工元件稍微低一點(diǎn)，而包裝3具有可比較的循環(huán)壽命。結(jié)論MICROBGA和CSP元件可用傳統(tǒng)的熱風(fēng)返工工藝進(jìn)行返工。為得到高效率，返工工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)是需要的。因?yàn)镃SP元件小型，重量輕，要求對(duì)熱風(fēng)流量和真空吸管高度的調(diào)節(jié)以避免元件對(duì)不準(zhǔn)或元件損壞。使用優(yōu)化的返工工藝返工的元件，保證了另外的可靠性測(cè)試。實(shí)現(xiàn)CSP技術(shù)一個(gè)新產(chǎn)品介紹的受控方法現(xiàn)在，OEM會(huì)看好這樣的合約制造商CM，如果它有能力對(duì)元件包裝的挑戰(zhàn)作迅速的反應(yīng)，特別是當(dāng)涉及到新的，諸如CSP有關(guān)的裝配技術(shù)實(shí)施的時(shí)候。為了成功實(shí)施一項(xiàng)新的元件包裝技術(shù)，如芯片規(guī)模包裝，有必要標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)邊緣條件，特征化工藝性能和實(shí)施過(guò)程控制機(jī)制。目的是認(rèn)識(shí)到變化的挑戰(zhàn)和根源。諸如SMT工具設(shè)計(jì)、金星膏附著、自動(dòng)元件貼裝和回流通渠道焊接等工藝是關(guān)鍵特征。這里要談的是應(yīng)用于第二類PCMCIA裝配的新產(chǎn)品介紹，該裝配在閃存器應(yīng)用中使用了CSP技術(shù)。測(cè)試載體設(shè)計(jì)一個(gè)試載體，用來(lái)研究將CSP技術(shù)在生產(chǎn)中實(shí)施的各種裝配和材料處理有關(guān)的事宜，和預(yù)期顧客的要求。載體的基本結(jié)構(gòu)代表使用CSP的預(yù)期產(chǎn)品等級(jí)，。由于相對(duì)較小的包裝附著點(diǎn)或焊盤(pán)，平面拋光處理是最適合的。對(duì)一個(gè)更穩(wěn)定的裝配過(guò)程，考慮三種基本的表面處理方法浸金、浸白錫和有機(jī)可焊性保護(hù)。雖然鍍錫電路板用于CSP也有有限的成功之例，但從熱空氣灶錫均勻工藝得到的焊錫厚度的正常差異相對(duì)于CSP特征尺寸是非常大的。選擇兩個(gè)印刷電路板供應(yīng)商來(lái)制造測(cè)試載體。所有附著點(diǎn)都是非阻焊的、或金屬的定義的。使用測(cè)試載體的優(yōu)點(diǎn)是它代表一個(gè)中性的存在，允許對(duì)關(guān)鍵變量的處理，如表面處理、電路層結(jié)構(gòu)和供應(yīng)商，這樣可以研究對(duì)一個(gè)完整的電氣設(shè)計(jì)不大可能的變量。當(dāng)尋求特征化板級(jí)連接的品質(zhì)時(shí)，菊花鏈?zhǔn)降倪B續(xù)性模式是所希望的，因?yàn)闇y(cè)試模型相對(duì)不貴，而且已經(jīng)可用作評(píng)估。一個(gè)有少量電鍍通孔的雙層測(cè)試載體是更有成本效益的。事實(shí)上，使用中性板設(shè)計(jì)，許多供應(yīng)商都會(huì)提供測(cè)試載體樣板，來(lái)參與他們認(rèn)為將產(chǎn)生潛在生產(chǎn)批量生意的資格測(cè)試。由于設(shè)計(jì)變化和經(jīng)濟(jì)寬容度，可以迅速而經(jīng)濟(jì)地完成多元設(shè)計(jì)試驗(yàn)，留下更多的時(shí)間作工藝開(kāi)發(fā)。在知識(shí)轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)工藝期間，成功的機(jī)會(huì)增加。在這種情況下，到的知識(shí)直接轉(zhuǎn)換成帶有CSP的第二類PCMCIA卡的模型、預(yù)生產(chǎn)和正式生產(chǎn)。本文描述試驗(yàn)設(shè)計(jì)之一的重點(diǎn)部分。試驗(yàn)方法與結(jié)果裝配工藝開(kāi)發(fā)中的CSP。選擇一個(gè)BGA來(lái)開(kāi)發(fā)CSP裝配工藝。計(jì)劃用于生產(chǎn)的CSP在幾何形狀上與BGA相似，但有這些例外內(nèi)部芯片到包裝的連接、內(nèi)邊器基底材料和兩上額外的焊錫球或I/O。測(cè)試載體的獲得與來(lái)料檢查。測(cè)試載體樣品是來(lái)自兩個(gè)具有可比較的PCB制造能力的供應(yīng)商；接到板后測(cè)量尺寸的完整性。除了對(duì)關(guān)鍵板的尺寸視覺(jué)檢查之外，也使用X光熒光機(jī)器測(cè)量浸金表面處理板的金阻擋層金屬的厚度。檢查表明測(cè)試載體的浸金與鎳的厚度是所希望的。對(duì)于有機(jī)可焊性保護(hù)表面處理，合約供應(yīng)商幾乎沒(méi)有可能進(jìn)行來(lái)料的覆蓋或厚度均勻性的品質(zhì)控制。這是因?yàn)镺SP是有機(jī)化學(xué)物，不能用現(xiàn)在主流的PCB檢查工具如XRF來(lái)測(cè)量。浸白錫涂層是通過(guò)截面法和第三方法室進(jìn)行的順序電氣化學(xué)減少分析法來(lái)測(cè)量的。焊錫沉淀和模板設(shè)計(jì)。選擇一個(gè)DOE方法來(lái)決定最佳的焊錫沉淀工藝設(shè)定和模板設(shè)計(jì)。用來(lái)優(yōu)化模板印刷機(jī)的設(shè)定，如刮刀速度和壓力、斷開(kāi)、和斷開(kāi)延時(shí)。第二個(gè)DOE是用來(lái)解決關(guān)鍵的模板設(shè)計(jì)特性，如開(kāi)孔尺寸、形狀、模板厚度和錫膏。對(duì)分析的簡(jiǎn)單性和過(guò)程反應(yīng)的敏感性，進(jìn)行一個(gè)四因素、兩級(jí)全因子。對(duì)后者分析研究的唯一要考慮的因素是模板厚度、開(kāi)孔尺寸與形狀。使用桌上型激光掃描顯微鏡對(duì)每一種因素組合的五塊板和每塊板上總共20個(gè)錫膏高度進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量錫膏高度同時(shí)，通過(guò)2D印刷后檢查相機(jī)和軟件決定截面上錫膏沉淀區(qū)域或焊盤(pán)覆蓋范圍。通過(guò)表征錫膏高度與2D錫膏覆蓋范圍的結(jié)合，有代表性的錫膏沉淀體積可計(jì)算出來(lái)。使用一個(gè)評(píng)分的線性模型；評(píng)分系統(tǒng)內(nèi)的分等級(jí)是基于被觀察的試驗(yàn)變量，累加的或印刷性能分?jǐn)?shù)是錫膏偏離和覆蓋區(qū)域分?jǐn)?shù)的總和。作為參考，每個(gè)條件的目標(biāo)焊錫高度為模板厚度加上00005。因素表的分析揭示了模板設(shè)計(jì)內(nèi)兩個(gè)最重要的因素就是開(kāi)孔尺寸和模板厚度。這直觀上是基于模板縱橫比對(duì)錫膏釋放影響的一般經(jīng)驗(yàn)。在這種情況中，最好的錫膏釋放、印刷定義和錫膏量是在使用0005厚的模板、0014方形開(kāi)孔和免職洗錫膏時(shí)觀察到的。相應(yīng)的縱橫比為28，面積比為07，這些值都分別比所希望的15和066的最小值較大。對(duì)開(kāi)孔形狀和錫膏化學(xué)成分的不同反應(yīng)都在試驗(yàn)不確定因素的邊界內(nèi)。免洗錫膏的釋放性能提高，顯然是由于它對(duì)濕度變化的抵抗力。隨著工作環(huán)境濕度變小，水基化學(xué)物趨于變干燥。免洗助焊劑載體是不會(huì)如此容易受影響的，因?yàn)樗鼈儾灰揽坑袡C(jī)酸作助焊劑活性劑。至于開(kāi)孔形狀的影響，通過(guò)使用圓形開(kāi)口，面積比變?yōu)椴贿m宜的054，而使用方形開(kāi)口時(shí)為07。交收到的所有裝配在測(cè)試載體上的CSP都是放在托盤(pán)內(nèi)的。用一個(gè)柔性貼裝平臺(tái)將元件貼放于一個(gè)玻璃平板上。用測(cè)試載體把元件貼裝擰到所希望的精度水平，該玻璃平板被用來(lái)確定機(jī)器貼裝的精度和可重復(fù)性水平。玻璃平板的設(shè)計(jì)使得BGA之上的錫球?qū)?yīng)于玻璃平板表面的電鍍目標(biāo)7。后者用“粘性的”膠帶覆蓋，以提供CSP的暫時(shí)的附著力。在貼裝之后，玻璃平板被翻轉(zhuǎn)，在高倍放大鏡下觀察CSP的錫球?qū)δ繕?biāo)的對(duì)齊。在貼裝大約35個(gè)BGA之后，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的位置精度在60M之內(nèi)。正如制造商所標(biāo)出的。觀察到過(guò)程能力指數(shù)為20，表示在建立控制之后，在研究的過(guò)程條件下可得到一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程。通過(guò)在FR4測(cè)試載體上貼放BGA，進(jìn)一步特征化元件貼裝。錫膏在貼裝之前絲印在載體上，在傳送到回流之前，通過(guò)發(fā)射G光檢查證實(shí)元件的定位?；亓骱附邮褂冒藗€(gè)溫區(qū)的對(duì)流式回流焊接爐。爐的加熱長(zhǎng)度是98一代上可選的冷卻區(qū)用于回流焊接分析。爐也裝備有封閉循環(huán)的靜壓控制，以保持氣室內(nèi)每個(gè)區(qū)的對(duì)流速度。由于CSP元件相當(dāng)于生產(chǎn)裝配上那些周圍SMT元件質(zhì)量較小，板面的空氣流速度必須控制到在焊接之前元件的干擾最小。錫膏的粘性是唯一用于保持元件位置的。保持和控制板面上空氣流速度證明是一個(gè)無(wú)價(jià)的CSP裝配工具。選擇用于裝配的溫度曲線應(yīng)容納錫膏的特性，如助焊劑載體與合金、CSP錫球合金、最脆弱的元件最高溫度和推薦的升溫斜度。雖然CSP是最脆弱的元件，但最大溫度為225是工藝所希望的。加一個(gè)關(guān)鍵的溫度曲線參數(shù)是每秒34的溫度上/下變化。為了達(dá)到準(zhǔn)確的焊錫熔濕和錫球陷落，液相線以上6090秒的時(shí)間是所希望的。時(shí)間溫度回流曲線是使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和板上熱電偶附著來(lái)獲得的。通過(guò)從板的背面鉆穿，將熱電偶附著于所希望的位置，用高溫焊錫合金焊接于CSP錫還需上。另外，通過(guò)在附著點(diǎn)使用一點(diǎn)熱固膠來(lái)達(dá)到對(duì)熱電偶線的應(yīng)力釋放。為了特征化回流的品質(zhì)使用X光檢查焊接點(diǎn)內(nèi)的空洞、錫橋或短路、和陷落不良的錫球。為保證回流效率，樣品準(zhǔn)備用于破壞性分析和焊接點(diǎn)完整性的截面檢查。注意對(duì)附著座各邊的積極的熔濕表示錫球達(dá)到一個(gè)可接受的溫度，來(lái)熔濕焊盤(pán)和形成機(jī)械的與電氣的連接。在放大鏡下，錫球與附著座之間的交互綁接區(qū)域有平滑的和連續(xù)的金屬熔合層，顯示焊錫與銅焊盤(pán)之間有適當(dāng)?shù)囊苯鸱磻?yīng)。金屬熔合層表示焊錫附著座上面的保護(hù)涂層，不管是浸金和錫情況下的無(wú)機(jī)物，還是OSP使用的有機(jī)物，都不妥協(xié)，出現(xiàn)可焊接的表面。最后，除了分析錫球?qū)Π宓慕槊?，還要檢查錫球?qū)Πb的介面，以保證包裝級(jí)的回流過(guò)程不使包裝級(jí)的連接打折扣。知識(shí)轉(zhuǎn)化在試驗(yàn)載體上的BGA的裝配試之后，為電路板、SMT工具設(shè)計(jì)、元件貼裝、回流焊接和檢查所決定的參數(shù)被轉(zhuǎn)換到使用CSP的第二類PCMICA卡的裝配中。后者是用于閃存器的元件包裝，它成功地滿足了小型、輕便、高密度的裝配要求。在產(chǎn)品原型與新產(chǎn)品介紹的生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，在開(kāi)發(fā)期間得出的過(guò)程參數(shù)被檢查和確認(rèn)，用于穩(wěn)定的裝配過(guò)程。PCMCIA卡有其它的元件可能會(huì)要求更多的焊錫，0005厚度的模板供應(yīng)有到。類似地，一個(gè)周圍元件具有電鍍端子，可能要求稍微較高的回流曲線溫度。最后，只要求在開(kāi)發(fā)階段建立的極端過(guò)程變化。即可生產(chǎn)出高品質(zhì)的產(chǎn)品，在預(yù)期的成本內(nèi)準(zhǔn)時(shí)發(fā)貨。談CSP封裝器件的返修工藝流程THEREPAIRFLOWCHARTOFCSPCOMPONENTS摘要球柵列陣封裝技術(shù)，簡(jiǎn)稱BGA封裝，早在80年代已用于尖端軍備、導(dǎo)彈和航天科技中，它對(duì)于電子設(shè)備的微型化和多功能化起到?jīng)Q定性作用。隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)廣泛地使用到BGA封裝IC元件，領(lǐng)導(dǎo)這一發(fā)展趨勢(shì)的芯片級(jí)封裝CSP在今天已開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用，隨之而來(lái)對(duì)于CSP封裝器件的返修更顯重要關(guān)鍵詞集成電路封裝技術(shù)隨著光電、微電制造工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，一些高端電子產(chǎn)品為了滿足電子設(shè)備更小、更輕和更便宜的要求，制造商們也開(kāi)始改變其應(yīng)用電路中芯片元件的封裝形式，越來(lái)越多地采用精密組裝微型元器件，如倒裝芯片等。然而在實(shí)際組裝中，即使實(shí)施最佳裝配工藝也還是會(huì)出現(xiàn)次品需要返修，此時(shí)應(yīng)如何采用正確的返修系統(tǒng)，使返修工作具有更高的可靠性、重復(fù)性和經(jīng)濟(jì)性是擺在我們面前的重要話題。多年來(lái)，盡管印刷線路板PWB的裝配自動(dòng)化和制造工藝一直在為滿足封裝技術(shù)的要求而努力，但是100成品率仍然是一個(gè)可望不可及的目標(biāo)；不管工藝有多完美，總是存在著一些制造上無(wú)法控制的因素而產(chǎn)生出不良品。PWB裝配廠商必須對(duì)廢品率有一定的預(yù)計(jì)，產(chǎn)量的損失可以用返修來(lái)彌補(bǔ)，通過(guò)返修挽回產(chǎn)品的價(jià)值而不至于使其成為一堆廢品。一般而言，返修常被看作是操作者掌握的手工工藝，高度熟練的維修人員可以使修復(fù)的產(chǎn)品完全令人滿意。然而新型封裝對(duì)裝配工藝提出了更新的要求，對(duì)返修工藝的要求也在提高，此時(shí)手工返修己無(wú)法滿足這種新需求。集成電路封裝技術(shù)的趨勢(shì)集成電路封裝的發(fā)展大大增加了元件的I/O密度，改進(jìn)了電氣性能和散熱性，從DIP、TSOP到BGA，在BGA技術(shù)開(kāi)始推廣的同時(shí)，另外一種從BGA發(fā)展來(lái)的CSP封裝技術(shù)正在逐漸展現(xiàn)它生力軍本色。CSP，全稱為CHIPSCALEPACKAGE，即芯片級(jí)封裝的意思。作為新一代的芯片封裝技術(shù)，在BGA、TSOP的基礎(chǔ)上，CSP的性能又有了革命性的提升。可以說(shuō)CSP技術(shù)的誕生，為DDR內(nèi)存時(shí)代出現(xiàn)的高速度、大容量、散熱等問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決方案，不言而喻，該技術(shù)將取代傳統(tǒng)的TSOP技術(shù)及BGA技術(shù)，成為未來(lái)集成電路發(fā)展的主流技術(shù)。CSP最早用在小型便攜式產(chǎn)品中，由于體積和電性能方面的原因它的應(yīng)用正在增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2003年CSP的使用量將超過(guò)20億片。（圖1事實(shí)上CSP可以是任何封裝形式，但它的面積不能大于IC裸片的12倍否則就不能稱為芯片級(jí)封裝。目前已有很多CSP設(shè)計(jì)采用了多種互連技術(shù)，其中最有名的可能就是BGA，它由TESSERA公司開(kāi)發(fā)并擁有專用許可權(quán)。倒裝芯片是另外一種技術(shù)，它也具有很小的封裝尺寸和良好電氣性能。這種封裝在IC上直接安放互連凸焊點(diǎn)另外一種使用導(dǎo)電膠的互連凸焊點(diǎn)技術(shù)不屬于本文討論范圍，將IC面向下放在線路板中，然后用回流焊焊在板子的焊盤(pán)上。倒裝芯片焊盤(pán)尺寸可小至0102MM，增加了對(duì)位難度，而且其焊球很小，只允許板子有很小扭曲，因此返修工藝必須有足夠精確的放置性能，并保護(hù)板子在加熱時(shí)不會(huì)產(chǎn)生扭曲。CSP封裝器