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FC、BGA、CSP3种封装技能

时间:2014-04-16 13:58:33 来源:鼎华科技 点击: 3484次

起头的表面安排技能——倒装芯片封装技能(FC)组成于20世纪60年代,同时也是起头的球栅阵列封装技能(BGA)和起头的芯片规模封装技能(CSP)。

倒装芯片封装技能为1九60年IBM公司所开拓,为了低完工本,进步速度,进步组件牢靠性,FC利用在第1层芯片与载板接合封装,封装方式为芯片正面朝下向基板,无需引线键合,组成最短电路,低落电阻;驳回金属球连接,缩小了封装尺寸,改进电性默示,解决了BGA为削减引脚数而需扩充体积的困扰。再者,FC个别操作在时脉较高的CPU或高频RF上,以失掉更好的办事,与传统速度较慢的引线键合技能比较,FC更适合操作在高脚数、小型化、多遵守、高速度趋势IC的产品中。
随着电子封装愈来愈趋于向更快、更小、更高价的方向障碍,乞请缩小尺寸、削减屈从的同时,必须低完工本。这使封装业蒙受弘大的压力,面临的挑衅即是传统SMD封装技能具有的劣势以致向咱们证实1场封装技能的反动。
2 IBM的FC
IBM公司首次胜利地实施间接芯片粘接技能(DCA),把铜球焊接到IC焊盘上,就像当今的BGA封装组织。图1示出了早期固态芯片倒装片示妄想。IBM公司继续驳回铜球技能并钻营更高生产率的要领,终极选择的希图为锡-铅焊料的真空淀积。为了组成被回流焊进入球凸点的柱状物,应通过掩模使焊料淀积。因为淀积是在圆片级环境下实现的,因而此进程失掉了低劣的生产率。这类凸点倒装芯片被称为C4技能(可控失陷芯片连接)1直在IBM公司和别的生产厂家利用几十年,并抛却着高的牢靠性记录。
虽然C4在更快和更小方面显得格外通常,然则泛起出更俭省成本方面的不敷。与C4关连的两个求助的经济题目是 :组成凸点的成本和低贱的陶瓷电路的各项乞请。然则,粗略的组成凸点技能及连接技能或是供给更进1步探究较低成本的身分。
三 组成凸点技能
凸点组成技能分为几个繁冗的楷模,即淀积金属、呆板焊接、基于聚合物的胶粘剂以及别的组合物。收尾的C4高铅含量焊料凸点,熔点在三00℃以上,被低共熔焊料和胶粘剂包办,从而使压焊温度降落到易于无机PCB蒙受的规模。然则,假设低共熔焊膏作为接合材料利用,那么C4仍可用于FR-4上。
三.1 呆板组成凸点技能
十多年前,IBM公司和K&S公司开拓了球凸点组成工艺技能,称为柱式凸点组成技能。此工艺进程起首涉及到对铝芯片载体的球压焊技能,接着把焊丝拉到断裂点,末端组成有短尾部的凸点。为了在球附近组成光滑的断裂口,可利用含有1%铂的金丝。焊料和别的金属也是起沾染的。很多改动是明确的,包含平面性方面的凸点精压技能和更高、更繁冗的金属化的双凸点组成技能。柱式凸点组成技能,临时利用于试制形式。因为通过引线键合机失掉了惊人的速度,已移入生产形式。金和金凸点及焊料凸点均被实施。Delco公司和K&S公司联结生产柱式凸点的倒装芯片产品,别的公司在不远的将来预计生产凸点芯片。
三.2 金属电镀技能
电镀技能乞请起首组成总线根究,选择电镀掩模,并用于TAB的金凸点芯片技能。虽然通过在晶圆片上方汽相淀积金属,在典范环境下组成总线,然则总线必须能被拔除。再者,必须供给光成像电镀关怀膜,在电镀从前成像并显影。很多步骤和粗略的电镀掩模工艺的乞请削减了成本和不便身分。
化学镀是无掩模和无总线的要领,看下来是1种较好的要领。该技能已广泛地操作于印刷电路行业,然则化学组成凸点的技能仅仅是近年来才操作于倒装芯片的。化学镀镍,大约因为其稀奇粗略的化学性质,已泛起为首要的且广泛的化学倒装片凸点技能工艺。假设铝不有间接与镍1起电镀,即可利用中间浸液电镀锌技能。图2示出了最广泛的镍凸点技能步伐模范。留神到在典范环境下,镍受到薄的、易于发生浸液的金涂层关怀。组成的金毛刺适于焊接及胶粘剂压焊。
化学镀镍凸点技能工艺繁冗,成本低,是次要的倒装芯片凸点工艺。可操作很多要领,包含把焊料操作于凸点及液体喷注。对倒装片而言,开拓化学焊料电镀技能是可行的。
三.三 聚合物凸点技能
两种各向异性的导电胶粘剂,在局部的轴上导电是均1的。各向异性的(Z轴)胶粘剂,具有间接的导电性,可操作于组成凸点芯片及压焊。因为各类胶粘剂还不能间接用在铝上,所以个别把它们操作于金焊盘。驳回聚合物倒装芯片要领,在晶圆片级环境下可把导电胶用模板印刷。
4 测试技能
IBM公司通过对测试电路有限地域焊接,测试C4产品,并用呆板的要领断开临时接线。虽然因为变形,对共晶焊料凸点芯片测试和老化仿照照旧是个题目。新的接口技能预计同意共晶凸点的测试和老化。
五 压焊技能
共晶焊料组成的凸点,囊括压焊和连接材料。用免荡涤焊剂涂覆凸点,并置于板上像日常平凡的SMD元件1样中止焊料回流。几种拾-放机可供给焊剂,利用的是“焊剂熔解轮”。仅对凸点供给焊剂是较难的,特别是当利用下添补物时,此熔解轮将被用来给凸点和导电胶供给焊膏。
不熔的芯型凸点,诸如镍凸点,乞请削减连接材料作为组装工艺进程的1全副。可把焊料中止丝网印刷、模板印刷或针式分配到电路载体上,接着安排芯片并中止焊料回流。把SMD和倒装片1起拆卸到陶瓷上是可行的,此要领可操作于汽车电子行业。
利用印刷或分配要领可把导电胶供给给电路载体或凸点,1种令人感兴味的要领,即聚合物浸涂芯片法(PDC)。利用装满粘附膏的“焊剂熔解轮”,在改变盘或别的储层的外观涂覆胶粘剂,厚度略小于凸点高度。把芯片放入膏中并用粘着凸点的胶粘剂抽出,把倒装芯片置于电路上并中止胶粘剂固化。
6 下添补技能
假设描写的低成本凸点组成技能和压焊要领或是失掉低成本、小尺寸和高速率,那么牢靠性环境怎样呢?硅(<三×10-6/℃)和无机基板(1八~五0×10-6/℃)之间的热机失配环境若何?此类题目标解决要领是令人欢跃的,既繁冗又俭省成本。填入下添补物材料聚合物(如图三),下添补物是繁冗的被填在PCB和已压焊芯片之间的1种添补的矿物胶粘剂分解物。组装和测试当前,通过毛细沾染在芯片间隙之下把液态材料中止塑流。下添补物被分配到芯片的1面或两面,产品或是在几秒钟内涵典范的2五0密耳芯片下塑流。通过在发生初始配料处的芯片的对正面,供给更多的下添补物,可有选择地组成凸焊缝。接着,把下添补物硬化成为增强验收品级的热循环屈从组织。
把硅器件间接压焊到有电机路上将发生戕害的热机应力和热机倦怠。在每个热循环阶段,PCB将比硅以更高的速率扩大并膨胀。当在热循环期间发生变形时,焊接材料诸如倒装片上的焊料凸点将经历加工硬化和加工犯错进程。通过集合应力,极低的凸点高度(1~4密耳)减轻了这1题目。
在倒装片和PCB之间介入下添补物牢靠性进步了1个数量级或更多。最繁冗的剖明为,经过硬化的下添补物把板移动定位在硅芯片的移动上。低膨胀、极高模量无机硅至多在表面上成为限制无机PCB膨胀的解放力。下添补物必须是相对坚贞的、高模量的和或是把硅及PCB固定在1起的材料。下添补物的热膨胀系数应当接近于焊接材料的热膨胀系数,对焊料而言为2五×10-6/℃。假设下添补物的热膨胀系数(CTE)过高或太低,都将发生垂直应力,而且焊接将失效。可通过给聚合物系统削减矿物添补剂,调停CTE。
七 结语
倒装片泛泛在各类产品中已开端生产——建树于FR-4及光盘驱动挠曲电路上。寰球很多家公司正在钻研并开拓倒装片技能。半导体打造商正在钻研贩卖凸点芯片,设备打造商保证他们或是应对倒装片技能。虽然倒装片和别的CSPs对PCB行业提出了善良的乞请,然则底部组织将很快赔偿,末端赢得简略单纯化。
倒装片是现在最常见的1种高连接密度芯片尺寸封装CSP。在FC中,芯片倒扣在封装衬底上,互连凸点阵列散布于硅片表面,承办了金属丝压焊连接,属于1种面阵列封装。与常规的引线键合比较,FC最次要的甜头为:①拥有最高密度的I/O 数;②因为驳回了凸点组织,互连长度大大膨胀,互连线电阻、电感更小,封装的电屈从失掉极大地改进;③芯片中发生的热量可通过焊料凸点间接传输到封装衬底,个别在芯片衬底都装有散热器,故芯片温度会更低。
芯片凸点与衬底焊盘的细密对位是FC封装技能的关键技能。FC连接方式次要有:可控失陷芯片连接(C4)、间接芯片连接(DCA)、倒装片胶连接(FCAA)等。组成的凸点按材料差距可分为焊料球状凸点(SBB)、金凸点(ASB)、聚合物凸点(PB)。其中操作最广泛的是焊料凸点技能。焊料凸点的打造技能有电镀、印刷和金属注射等。
倒装片封装技能广泛地操作于临蓐类IC中,如MCU、DSP、ASSP和ASIC等。

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