微电子材料与制程：第九章 球栅阵列封装和基板

1、2018年深圳大学材料学院本科生课程微电子材料与制程第九章 球栅阵列封装和基板29.1 引言39.1 引言49.1 引言59.1 引言球栅阵列型封装 (Ball Grid Array, BGA) 一般 BGA引线键合 FC-BGA 芯片倒装 凸点键合WLP晶圆级封装9.1 引言6引线键合BGA封装用材料79.2 引线键合BGA塑封树脂金 丝 BGA封装基板焊 球与引线框架型封装不同的地方芯 片 塑封树脂 BGA基板的构造BGA基板的关键技术是再布线技术。通过 再布线，使焊球面的焊点成规律排布，而使引线键合面的焊点排布在芯片周围。金线键合面粘贴焊球面89.2 引线键合BGA引线键合BGA的封装过

2、程工程名称作业内容1.背面研磨Back Grind磨去背面多余部分的硅2.切片Dicing将硅园切分成芯片3. 芯片粘接Die Bonding用粘结剂粘贴芯片4.固化Post Die Bond Cure粘结剂固化5. 引线键合Wire Bonding用金属线互连芯片与引线框架内腿6.塑封Molding用树脂将芯片与内腿等塑封起来7.固化Post Mold Cure树脂固化8.粘贴焊球Sold Ball Bonding在基板焊点处粘贴焊球9.再流焊Reflow加热，使焊球熔化，与接点焊接10. 打印商标Marking在表面打印商标，型号，批号11. 切割Forming切除不要的地方12. 性能检

3、查Electricity test用专用设备检查外观，电性能等99.2 引线键合BGABGA焊球的粘贴方法1、用吸盘吸住焊球； 2、涂敷焊膏； 3、将焊球粘贴在BGA基板上；4、BGA焊球的再流焊，加热（热风/红外线）使焊球熔化与BGA基板粘合132109.2 引线键合BGA4FCBGA封装所用材料119.3 倒装BGA塑封树脂芯 片主要特点1、使用特殊的芯片2、使用特殊的基板3、树脂封装方法不同BGA基板焊 球FCBGA的封装可实现高密度封装129.3 倒装BGA139.3 倒装BGA优点：1.互连线很短，互连产生的电容、电阻电感比引线键合和载带自动焊小得多。从而更适合于高频高速的电子产品。

4、2.所占基板面积小，安装密度高。可面阵布局，更适合于多I/O数的芯片使用。3.提高了散热热能力，倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有效的冷却。4.简化安装互连工艺，快速、省时，适合于工业化生产。缺点：1.芯片上要制作凸点，增加了工艺难度和成本。2.焊点检查困难。3.使用底部填充要求一定的固化时间。4.倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题需要解决。倒装芯片封装流程C4:Controlled Collapse Chip Connection ESC: Epoxy encapsulated Solder Connection ACF: Anisotropically Conductive FilmA

5、CP: Anisotropically Conductive Paste14C4Bump Formin Paste Dispense Die Mounting + CureUnder-FillSolder BumpFluxUnder-Fill Dispense & CureESCAu BumpSolder Pre-Coat & Epoxy Resign DispenseEpoxy Resign CureACFAu BumpACF AttachACF CureACPAu BumpACP DispenseACP Cure9.3 倒装BGA芯片再布线及电极凸点的必要性15159.3 倒装BGA169

6、.3 倒装BGA电极凸点的形成方法1电镀或化学镀法方法2金线键合凸点形成法方法3丝网印刷凸点形成法179.3 倒装BGA方法1电镀法189.3 倒装BGA方法2金线键合凸点形成法Bump199.3 倒装BGA方法3丝网印刷凸点形成法209.3 倒装BGA三种方法的比较219.3 倒装BGA芯片与BGA基板的倒装键合Solder PasteBGA SubstrateReflow Solding焊球倒装键合229.3 倒装BGA芯片与BGA基板的倒装键合金凸点倒装键合ChipGold BumpEpoxy ResignSubstrateSolder Pre-Coat50umAu-Solder Joi

7、ntBump239.3 倒装BGAACF 组成环氧树脂粘结剂 导电粒子金属微粒粘结剂固化ACF 特点纵向导电 横向绝缘 基板互连249.3 倒装BGA芯片与BGA基板的倒装键合各向异性导电胶键合各种键合方法的导电性比较Resistance(ohm) (m ohm/Bump)1000100101C4FFBGAACF(P)NCF(P)Wire BondMetallic ConnectionContact ConnectionMetallicConnection259.3 倒装BGAFCBGA塑封方法269.3 倒装BGATAB 带载型封装TAB: Tape Automated Bonding Pa

8、ckageWLP硅圆级封装体WLP: Wafer Level PackageMCM模块式封装体MCM:Multi-Chip ModuleCSP芯片尺寸封装体CSP:Chip Size PackageTSV硅通孔芯片叠层封装体9.4 现代封装的其他形式27TAB 带载型封装芯片塑封树脂电极突点基板外引线TAB特点：芯片在带型基板上直接与引线键合。省去焊锡钎焊工序。实装密度与QFP相同，需要特殊设备，主要用于液晶显示屏的驱动IC封装体。289.4 现代封装的其他形式2. WLP 硅圆级封装体封装方式：在硅圆上直接完成封装，然后再切割成独立的封装体 特点：在所有单层芯片封装中占体积和面积最小QFPB

9、GAWLP封装面积比较299.4 现代封装的其他形式实例比较Chip Size 8 x 8 mm144 Pin LQFP144 Pin FBGA144 Pin W-CSPPin Pitch0.5 mm0.8 mm0.5 mmPackage Size20 x 20 mm13 x 13 mm8 x 8 mmMounting Area484 mm2169 mm264 mm2Package Weight1.4 g0.3 g0.08 gQFP/WLP比较PKG尺寸（2）贴装面积（2）引脚节距（mm）重量（g）14142560.50.2655250.50.03309.4 现代封装的其他形式WLP焊球尺寸比

10、较319.4 现代封装的其他形式WLP的封装过程1、在芯片上对接点进行再布线2、连接凸点的形成3、粘贴保护树脂带4、焊接焊锡球5、各封装体的切割分离329.4 现代封装的其他形式WLP的封装过程339.4 现代封装的其他形式MCM模块式封装体封装方式：将多个新片封装在同一封装体中特 点：封装体积和面积比较小， 可实现部分的系统封装349.4 现代封装的其他形式各种MCM 模块式封装体359.4 现代封装的其他形式CSP 芯片尺寸封装体CSP的定义：封装体所占的面积等于或不大于芯片面积的120%。CSP封装形式：没有固定的封装形式，只要尺寸满足上述要求都可归到CSP中一般分有由对应的。CSP的种

11、类：多由其他形式的封装体派生出来，如QFP、SOP型CSP（QFN、SON），BGA型CSP，WLP型CSP等. QFN SON型CSP BGA型CSP WLP型CSP369.4 现代封装的其他形式379.5 封装基板聚酰亚胺树脂(PI)双马来酰亚胺三嗪树脂(BT)聚苯醚树脂(即PPE)高性能环氧树脂(EP) 389.5 封装基板399.5 封装基板409.5 封装基板419.5 封装基板42加成法4层（1/2/1）基板工艺9.5 封装基板43减成法4层（1/2/1）基板工艺9.5 封装基板44多层基板9.5 封装基板459.5 封装基板标准多层板工艺流程备料开料滚涂油墨显影/蚀刻/脱膜层压X

12、-ray打孔黑棕化叠板钻孔AOI去毛刺成像化镀成像显影脱膜/蚀刻脱锡铅丝印阻焊曝光显影字符热风整平沉金电镀固化成型电测目检出厂包装固化469.5 封装基板材料准备备齐生产所需的符合生产要求的原辅材料，如：1，板材、铜箔、干膜等。2，湿制程药剂等。3，钻铣等加工刀具。4，其他辅料。479.5 封装基板用数控锯床或剪床把大板裁成生产用的尺寸。由以下三部分组成1、开料（剪裁）2、铣圆角防止在后工序划伤板面及传送板时卡板。3、磨边防止板边残铜进入后工序造成缺陷。开料铣圆角磨 边489.5 封装基板滚涂油墨/贴膜在内层板上滚涂上一层液态感光、抗蚀刻油墨。其具有适应性强、分辨率高的，适宜制作精细线路板特点

13、。它由前处理、滚涂、烘干三部分组成清洁板面增加板面附着力磨板机贴膜机499.5 封装基板使保留铜部位的感光油墨受光发生聚合反应显影时不会被显掉。影显报光对准度：0.025mm。洁净室：1万级成像509.5 封装基板显影/蚀刻/脱膜显影：把成像未感光的油墨显干净。蚀刻：把没有油墨部分的铜蚀刻掉。脱膜：把蚀刻中起抗蚀作用的油墨去掉显影机显影后蚀刻机蚀刻后519.5 封装基板X-ray打孔AOI检板用孔六层以上多层板内层焊接对位用529.5 封装基板AOI检板自动光学检测系统，利用光反射把检查到的图形与输入到机器内的正确图形相比较来检查缺陷。539.5 封装基板黑棕化通过化学方法在铜表面形成一层黑棕

14、色氧化铜，粗化表面，增加结合力，并有利于减少粉红圈的出现。549.5 封装基板内层对位焊接六层以上多层板层压前须先将内层板及内层板间的半固化片点焊在一起，以保证层压后内层间的对准度。559.5 封装基板叠板叠板就是把点焊后的内层板、上下半固化片、铜箔及层压钢板叠合在一起。569.5 封装基板层压通过加热、加压使半固化片发生聚合反应，将内层板、半固化片、外层铜箔粘结在一起组成多层板。最小介质层厚度：0.075mm70-140度升温2-3度/min、控制压力转化温度90+/-10度、160度以上保持适宜高压45min、层压后烘板保温大于3小时579.5 封装基板X-ray钻孔扫靶补偿图形偏位后钻出

15、钻孔用定位孔589.5 封装基板钻孔用数控钻床、硬质合金刀具在板上加工出符合要求的过孔、插件孔、安装孔及工艺孔。599.5 封装基板化镀用化学沉积的方法沉积一层薄铜，作为电镀铜的导体，主要由去毛刺刷板（清洁板面、去毛刺、粗化表面)、去钻污、除油、微蚀(粗化）、酸洗（酸碱平衡）、预催化（防止污染）、催化、沉铜、防氧化组成。609.5 封装基板外层成像用图像转移的方法将胶片上的图形转移到外层铜箔上，主要由贴膜、曝光、显影组成。619.5 封装基板电镀在没有干膜部分镀上一层厚铜并进而镀上一层锡铅抗蚀层。629.5 封装基板脱膜/蚀刻将电镀过程中保存在板子上的干膜去掉，并将干膜下的化镀铜、基铜蚀刻掉。639.5 封装基板丝印用丝网漏印技术将油墨印刷在板面上。有丝印、曝光、显影、固化等。可丝印阻焊、灌孔、字符、导电油墨、可撕油墨等。649.5 封装基板热风整平在板上没有阻焊覆盖的图形上涂上一层锡铅合金，起到焊料和保护铜层的作用。它包括前清洗、整平、后清洗三部分。前清洗：清洁、提高表面活性、涂助焊剂润湿。后清洗：清除残余助焊剂、迅速冷却锡铅保持平整。659.5 封装基板成型将生产板加工成客户所要求的外形尺寸和形状。主要有铣、冲切、划槽、倒角、开槽等几种形式。669.5 封装基板电测进行开