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第九章 BGA与CSP

1、球栅阵列封装(BGA)—更适合多端子LSI的表面贴装式封装:
a.美国厂家采用BGA的理由:
■QFP的引线间距太窄也有不便之处;
■BGA采用二维布置的球形焊接端子;
b.塑封BGA的应用现状:
■计算机工作站推广采用塑封BGA;
■塑封BGA的应用逐渐扩大到微机及SRAM、PLD等领域;
■BGA封装的厂商十分活跃;
c.塑封BGA的发展趋势:
■端子数要超过QFP还需要解决的问题;
■为适用于高性能芯片,BGA应进一步改进;
d.如何检验塑封BGA:
■由于焊接端子间距大,能形成可靠的键合;
■在开发阶段也要配合外观检查;
■如何进行接入电路的试验;
e.使用塑封BGA应注意的问题:
■关于端子的高度偏差;
■关于封装裂纹和防潮问题;
f.BGA概念的形成:
2、BGA的类型:
a.塑封球栅平面阵列封装(PBGA):即Plastic Ball Grid Array,也就是最开始的OMPAC(overmolded plastic array carrier),近年在普通PBGA的基础上又开发出下述几种多引脚、高性能产品:EBGA(enhanced BGA)、S-MCP(stacked multi chip package)、FC-PBGA(flip chip-PBGA)、FBGA(fine pitch ball grid array);
b.陶瓷球栅平面阵列封装(CBGA):即Ceramic Ball Grid Array,也称为CBC(solder ball carrier);
c.陶瓷柱栅平面阵列封装(CCGA):即Ceramic Column Grid Array,也称为SCC(solder column carrier);
d.带载球栅平面阵列封装(TBGA):即Tape Ball Grid Array,又称为ATAB(array tape automated bonding)或TAB-BGA(tape automated bonding BGA);
3、CSP—芯片级封装:(chip scale package or chip size package)
a.CSP的定义及特征:
■CSP产业背景:MCM—KGD(known good die);
■CSP与超小型封装:“封装面积与芯片尺寸相等或略大些的封装的总称,裸芯片面积与封装面积之比大于80%”—EIAJ;“ CSP是现有封装形式的派生品,从而可以按BGA、LGA、SON等形式加以分类”:SOP(small outline package)、SON(small outline non-leaded package)、QFN(quad flat non-leaded package)、QFP(quad flatpack package);
■CSP的结构和特征:从封装材料和内部结构看,封装基板(interposer)材料有聚酰亚胺带基材、玻璃环氧树脂类塑料基材、 基材等三大类,若加上传统的模注成形基材,则共有四大类。从芯片电极面与封装基板的关系看,分电极面朝上型(face-up)和电极面朝下型(face-down)两大类;交叉则可得到八种不同类型的CSP;
■CSP的应用:在便携式带摄影功能的照相机(数码相机)、手机、PDA等中较普及;
■WLP(硅圆片级封装wafer level package):正在发生变化的半导体后工程制造技术—全硅圆片级CSP—全硅圆片级CSP已经不同于传统意义上的FC;
b.各具特色的CSP结构:前面已经就封装材料和内部结构进行了分类,下面结合外形结构等一起进行分析:
■挠性基板uBGA:由美国Tessera公司于1994年提出并实现,此后日本新光电气工业、索尼、日立、TI、卡西欧计算机公司等都达到产业化;
■陶瓷封装基板LGA型CSP(C-CSP):
基本构造及特点:陶瓷多层刚性基板+LGA+SBB;小型化、优良的封装性、可靠性高性能优良、I/O端子间距容易做得更小;
C-CSP的制作工艺:钉头凸点制作—Ag-Pd导电胶转移—LSI芯片安装—树脂下填充;
■薄膜型CSP:制作工艺涵盖布线工艺、装配工艺及CSP焊点接合部的疲劳特性,常见薄膜型CSP有原始型CSP、M-CSP(mold chip scale package)、FBGA(finepitch ball grid array);
■少端子CSP—BCC(bump chip carrier):制作工艺如下:引线框架—芯片粘结固定—引线连接—树脂灌封—蚀刻成形封装端子—完成BCC制品;BCC的可靠性:实装性、可靠性评价、热阻、机械强度;
■D2BGA(die dimension BGA)型CSP:是由日本NEC开发的CSP,但成本暂时较高;
■叠片式CSP:还包括2芯片叠层CSP、3芯片叠层CSP等,其封装制作工艺的关键技术包薄形硅圆片的研磨技术及装卸运输技术、芯片叠层的粘结技术、引线连接技术等;
■Super CSP和MOST(microspring on silicon technology):
Super CSP制作工艺:再布线工序—模注成形—可靠性评价;
MOST制作工艺:再布线工序—微弹簧形成工序—安装工序—可靠性评价;
WLP设计需考虑:外部连接端子配置、附加图形、硅圆片的伸缩曝光定位、标记、芯片合格率;
c.CSP最新进展及发展动向:
■CSP的最新进展:在新的CSP结构中,芯片电极面朝下型、芯片叠层型、倒装片型、硅圆片级型等四种类型成为开发重点;
■如何兼顾CSP高速、多功能及低价格;
■CSP制造设备及制作工艺的变化;
d.CSP有待研究和开发的课题:
■关于CSP测试和环境试验;
■关于CSP的实装;
■需要采用高密度多层基板;
■需要考虑 等问题;
■要进一步降低成本。
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