BGA（球柵陣列）封裝技術簡介李國元

華南理工大學微電子研究所

2010年元月1粵晶/李國元內(nèi)容提要概述—微電子封裝進展BGA封裝的發(fā)展歷史和特點BGA封裝類型BGA封裝工藝技術2010年元月2粵晶/李國元

1.概述—微電子封裝進展2010年元月3粵晶/李國元電子封裝的主要功能提供給芯片電流通路；芯片信號的輸入或輸出；導出芯片工作時產(chǎn)生的熱量；保護和支撐芯片,防止惡劣環(huán)境對它的影響。

2010年元月4粵晶/李國元封裝分級零級封裝（芯片級的連接）；一級封裝（單芯片或多個芯片組件或元件）；二級封裝（印制電路板級的封裝）；三級封裝（整機的組裝）。

2010年元月5粵晶/李國元封裝技術路線圖WLPStackedDieTSVPoP20102010年元月6粵晶/李國元封裝技術路線圖70年代大多數(shù)封裝I/O數(shù)量少----封裝為引腳插入型（基本上是陶瓷基板封裝）。80年代塑封逐漸增加；表面貼裝被引進并在80年代后期發(fā)展較快；90年代90年代初期引腳陣列式封裝出現(xiàn)，后期大于250引腳或細小腳間距的QFP封裝已被BGA所取代；；大多數(shù)封裝為塑封，SMT在高端應用明顯占主導地位；更新的封裝概念如WLP、CSP出現(xiàn)。2000年代后WLP一直在研發(fā)，CSP成為主流，MCM和3維封裝的研發(fā)在未來將逐漸成為主流。2010年元月7粵晶/李國元封裝發(fā)展趨勢LowMediumHigh功能

3DPkg/DieStacking(WB)3DIC(TSV)QFNSiP(WB)QFNSD-SiP(WB)3DStacking(WB)3DIC(TSV)2D-SiP(SJ)3D-SiP(WB)3D-SOC(TSV)LowMediumHigh密度

BGA(WB)2010年元月8粵晶/李國元

2.BGA封裝的發(fā)展歷史及特點2010年元月9粵晶/李國元為什么發(fā)展BGA封裝當IC的頻率超過100MHz時，傳統(tǒng)封裝方式可能會產(chǎn)生所謂的“CrossTalk”現(xiàn)象；當IC的管腳數(shù)大于208Pin時，傳統(tǒng)的封裝方式有其困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現(xiàn)今大多數(shù)的高腳數(shù)芯片皆轉(zhuǎn)而使用BGA封裝技術。BGA一出現(xiàn)便成為CPU等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。

2010年元月10粵晶/李國元BGA封裝的發(fā)展歷史1987年，日本西鐵城（Citizen）公司開始著手研制塑封球柵面陣列封裝的芯片（即BGA）。而后，摩托羅拉、康柏等公司也隨即加入到開發(fā)BGA的行列。1993年，摩托羅拉率先將BGA應用于移動電話。同年，康柏公司也在工作站、PC電腦上加以應用。直到五六年前，Intel公司在電腦CPU中（即奔騰II、奔騰III、奔騰IV等），以及芯片組（如i850）中開始使用BGA，這對BGA應用領域擴展發(fā)揮了推波助瀾的作用。目前，BGA已成為極其熱門的IC封裝技術，該技術實現(xiàn)的封裝CPU信號傳輸延遲小，適應頻率可以提高很大。2010年元月11粵晶/李國元BGA封裝優(yōu)缺點優(yōu)點：實現(xiàn)芯片高密度、高性能、多引腳封裝。該技術實現(xiàn)的封裝CPU信號傳輸延遲小，適應頻率可以提高很大?？刹捎脽嵩鰪娦托酒ê附?，從而可以改善它的電熱性能。雖然該技術的I/O引腳數(shù)增多，但引腳之間的距離遠大于QFP，從而提高了組裝成品率。該技術的組裝可用共面焊接，從而能大大提高封裝的可靠性。缺點：BGA封裝占用基板的面積比較大。2010年元月12粵晶/李國元

3.BGA封裝類型--單晶片封裝（SingleChipPackages）

2010年元月13粵晶/李國元塑料球柵陣列封裝封裝特點塑料封裝；有機基板用來替代引線架的功能球柵陣列式引腳；多層基板用于加強導電和散熱；為高密度封裝提供解決方案；應用：ASICs、微控制器、無線通信等。2010年元月14粵晶/李國元兩層和四層基板PBGA封裝2010年元月15粵晶/李國元TE-PBGA(thermallyenhancedPBGA)封裝2010年元月16粵晶/李國元加強型球柵陣列封裝封裝特點類似于球柵陣列封裝；Cu散熱片用來加強散熱；應用：微處理器、ASIP等2010年元月17粵晶/李國元T-BGA(TapeBGA)封裝2010年元月18粵晶/李國元FC-BGA（FilpChipBGA）封裝倒裝晶片互連系統(tǒng)按功能可分為以下幾個部分：凸點下金屬IC凸點IC與基板間連接塑封/晶片下填充2010年元月19粵晶/李國元C-BGAandM-BGA封裝BGA基板依使用材料不同可分為不同的封裝：陶瓷（Ceramic）CBGA；金屬（Metal）MBGA；塑料（Plastic）PBGA；卷帶（Tape）TBGA；MBGA基板的封裝相當少見。CBGA基板在CPU、芯片組等高附加價值商品的應用不少。TBGA則多用于各型驅(qū)動IC的封裝上，最常見的便是TFTLCD的驅(qū)動IC。PBGA（塑料基板）的成本最低且銷量最大，加上近年技術上突破，使得CPU、芯片組、繪圖芯片等高階IC多轉(zhuǎn)用塑料基板，儼然成為主流產(chǎn)品。2010年元月20粵晶/李國元陣列封裝的優(yōu)點尺寸：封裝面積：例如，624I/O，QFP（0.3mm腳距）的面積是BGA（1.0mm腳距）的4倍；封裝大?。阂陨戏庋b的邊長可為50mm.功能：電性能：與引腳架式封裝比較，BGA有共地/電源平面和較短的電連接；熱性能：共地平面和熱通孔可改進熱性能。典型封裝：BGA，CPGA等。2010年元月21粵晶/李國元封裝面積的比較—BGA與QFP

2010年元月22粵晶/李國元

BGA

封裝工藝流程

2010年元月23粵晶/李國元塑料球陣列（PBGA）封裝工藝流程圖2010年元月24粵晶/李國元每個封裝工藝過程的目標晶圓裝配（mount）：晶圓裝配于帶上準備劃片劃片；劃片（sawing）：將單個IC從晶圓分離；晶片鍵合（Dieattach）：通常用導電膠將晶片粘合在晶片載體上——具有導電、導熱的功能；線鍵合（wirebonding）：IC與晶片載體的互連；塑封（molding）：保護電路；固化（cure）：聚合物聚合以固化；激光打標（lasermarking）：商標、批號等；分離（singulation）：將單個的ＩＣ從晶片載體中分離；2010年元月25粵晶/李國元倒裝封裝工藝流程圖2010年元月26粵晶/李國