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FC-BGA的全面介绍

时间:2013-06-18 08:44:11 来源:鼎华科技 点击: 2807次

FC-BGA被称为倒装芯片球栅格阵列的封装格式,也是目前图形加速芯片最主要的封装格式。

FCBGA封装有很多优点,包括:
■ 在更小芯片上实现更多功能芯片上全部表面积都可用于放置芯片凸点,实现与载体的连接,解决了引线键合只能在芯片四周放置焊盘的缺点。
■ 提高电源噪声性能由于芯片与载体间的互连长度有一个数量级的降低,因而环路寄生电感显著减小。而且电源可以直接供应到对应电路,不像引线键合封装那样首先将电源引到芯片边缘,而后再到达对应电路核或者I/O电路。
■ 更好的信号完整性在高速开关应用中,引线键合的高阻抗特性会引起阻抗不连续,降低信号完整性;另外还存在很严重的信号串扰问题。而在倒装芯片互连中显著削弱了这些现象,获得可控的阻抗线和更小的信号串扰。
■ 更小的封装面积与引线键合封装不同,FCBGA封装不需要保留与载体连接的外部面积,因而有潜力降低封装尺寸。

 

这种封装技术始于1960年代,当时IBM为了大型计算机的组装,而开发出了所谓的C4(Controlled Collapse Chip Connection)技术,随后进一步发展成可以利用熔融凸块的表面张力来支撑芯片的重量及控制凸块的高度,并成为倒装技术的发展方向。

  FC-BGA的优势在什么地方呢?首先,它解决了电磁兼容(EMC)与电磁干扰(EMI)问题。一般而言,采用WireBond封装技术的芯片,其信号传递是透过具有一定长度的金属线来进行,这种方法在高频的情况下,会产生所谓的阻抗效应,形成信号行进路线上的一个障碍;但FC-BGA用小球代替原先采用的针脚来连接处理器,这种封装共使用了479个球,但直径均为0.78毫米,能提供最短的对外连接距离。采用这一封装不仅提供优异的电性效能,同时可以减少组件互连间的损耗及电感,降低电磁干扰的问题,并承受较高的频率,突破超频极限就变成了可能。

  其次,当显示芯片的设计人员在相同的硅晶区域中嵌入越来越密集的电路时,输入输出端子与针脚的数量就会迅速增加,而FC-BGA的另一项优势是可提高I/O的密度。一般而言,采用WireBond技术的I/O引线都是排列在芯片的四周,但采用FC-BGA封装以后,I/O引线可以以阵列的方式排列在芯片的表面,提供更高密度的I/O布局,产生最佳的使用效率,也因为这项优势,倒装技术相较于传统封装形式面积缩小30%60%

  最后,在新一代的高速、高整合度的显示芯片中,散热问题将是一大挑战。基于FC-BGA 独特的倒装封装形式,芯片的背面可接触到空气,能直接散热。同时基板亦可透过金属层来提高散热效率,或在芯片背部加装金属散热片,更进一步强化芯片散热的能力,大幅提高芯片在高速运行时的稳定性。

由于FC-BGA封装的种种优点,目前几乎所有图形加速卡芯片都是用了FC-BGA封装方式。

但是,FCBGA封装器件制造过程中会经历多个高温阶段,芯片与封装基板之间的热膨胀系数不同,很容易由于热膨胀不匹配而产生破裂或分层现象,加剧了焊球可靠性的退化。无铅焊球工艺的引入使工艺和焊接温度提高,加大了焊球间短路的可能性;同时,Sn含量的增加和封装焊球间距的缩小加剧了锡须发射的几率,对其可靠性及相关影响因素需要进一步的研究。

1FCBGA器件中的焊球在高温焊接过程中出现焊球熔融、连接形成短路通道的失效现象。

2FCBGA 封装器件容易受回流焊工艺的影响,发生因焊球间填充物(underfill)膨胀分层、焊球断裂而开路失效。

3FCBGA是湿敏性元件,使用前需进行除湿处理。

信息提供:深圳市鼎华科技发展有限公司 www.dh-bga.com.cn

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