BGA封装技术

本文简述了BGA封装产品的特点、结构以及一些BGA产品的封装工艺流程,对BGA封装中芯片和基板两种互连方法——引线键合/倒装焊键合进行了比较以及对几种常规BGA封装的成本/性能的比较,并介绍了BGA产品的可靠性。另外,还对开发我国BGA封装技术提出了建议。     

专用倒装焊封装的开发与应用

倒装焊互连开始出现于各种封装结构中,倒装芯片封装(FCIP)现在已从30引线的CSP发展到2000引线以上的BGA中,该技术并不是一门新技术。倒装焊芯片最早是30多年前IBM公司推出,一直是在所生产的一些最高性能计算系统的核心。这个概念很简单,将一个小的焊料凸点从芯片的有源面直接到基板上。这种连接在电性能上远远优于线连接,因为它大大缩减了路径长度和相关的电感。其次,芯片与基板之间的导体连接点是同时完成,而不像丝焊封装那样一个接一个     

圆片级封装

<正> 1 引言圆片级封装(WLP)是一种先进的封装技术,它的芯片互连与测试都是在圆片上完成的,之后再切片,进行倒装芯片组装。多年来,引线键合技术一直是在电路板或衬底上粘接集成电路的一种特殊手段。WLP 是采用引线链合的最新一代生产技术。WLP 正在取代某些高密度引线键合手段,近年内有望成为一种低成本标准技术。此外,由于倒装芯片互连具有极佳的电性能,因此它将是高密度系统的     

倒装芯片的可修复底部填充技术

板上芯片技术(Chip-on-Board简称COB),也称之为芯片直接贴装技术(Direct Chip Attach简称DCA),是采用粘接剂或自动带焊、丝焊、倒装焊等方法,将裸露的集成电路芯片直接贴装在电路板上的一项技术。倒装芯片是COB中的一种(其余二种为引线键合和载带自动键合),它将芯片有源区面     

叠层芯片应用的封装挑战与解决方法

叠层管芯封装的不断发展导致该技术能有效地在同一基底内增大电子器件的功能和容量,作为单个芯片。蜂窝电话及其它消费类产品中叠层芯片封装的应用增长促使能够在给定封装尺寸中封装多层芯片。介绍了叠层芯片封装技术中最主要是满足总封装高度的要求。用于叠层芯片封装的技术实现方法包括基片减薄、薄裸芯片贴装、小形貌引线键合、与无支撑的边缘键合以及小偏倒成形等。集中介绍了叠层管芯互连要求。介绍了倒装芯片应用中的正向球形键合、反向球形键合和焊凸凸焊技术,讨论了优点和不足。说明球形键合机的发展能够满足叠层芯片封装的挑战,即超低环形状、长引线跨距和悬空键合等。     

多芯片机械电子功率封装用的倒装芯片焊接

为满足汽车市场的下一代系统要求，需要新的封装技术。半导体元器件的系统功能性的增强和对减少总成本的需要促成了多芯片封装的解决方案。使用半导体器件开关、控制和监测大电流负载将把逻辑和功率器件集成到一块共用基板上，要求这个基板具有功率耗散和载流能力，带有控制器件和互连所用的细线导体。为了实现这些目标，摩托罗拉公司的先进互连系统实验室(慕尼黑)研究出了一种新的封装概念，一种采用倒装芯片焊接技术和电镀共晶SnPb焊料凸点的多芯片机械电子功率封装。为了提供一个能覆盖系统结构中不同功率等级的先进封装乎台，评价了几种基板技术。     

微电子封装中芯片焊接技术及其设备的发展

概述了微电子封装中引线键合、载带自动键合、倒装芯片焊料焊凸键合、倒装芯片微型焊凸键合等芯片焊接技术及其设备的发展 ,同时报告了世界著名封装设备制造公司芯片焊接设备的现状及发展趋势。     

半导体激光器不同封装下的封装应力

为研究正装和倒装封装下高功率半导体激光器有源区的应力问题,利用有限元软件ANSYS分析得到了两种封装方式下应力场分布图及有源区平行于x轴路径上的应力变化曲线。模拟结果表明,与正装封装相比,倒装封装下有源区应力变化剧烈,平均值高出正装一个数量级。并通过荧光光谱实验对比了封装前后激光器芯片的波长变化,根据半导体禁带宽度与应变关系算出两种封装下的应力大小,与模拟值相符。通过模拟和实验结果可见,芯片封装形式对芯片引入的应力有显著的差别,倒装封装下芯片有源区应力远高于正装封装。     

三维封装中引线键合技术的实现与可靠性

结合半导体封装的发展,研究了低线弧、叠层键合、引线上芯片、外悬芯片、长距离键合和双面键合6种引线互连封装技术;分析了各种引线键合的技术特点和可靠性.传统的引线键合技术通过不断地改进,成为三维高密度封装中的通用互连技术,新技术的出现随之会产生一些新的可靠性问题;同时,对相应的失效分析技术也提出了更高的要求.多种互连引线键合技术的综合应用,满足了半导体封装的发展需求;可靠性是技术应用后的首要技术问题.     

采用热压焊工艺实现金凸点芯片的倒装焊接

金凸点芯片的倒装焊接是一种先进的封装技术.叙述了钉头金凸点硅芯片在高密度薄膜陶瓷基板上的热压倒装焊接工艺方法,通过设定焊接参数达到所期望的最大剪切力,分析研究互连焊点的电性能和焊接缺陷,实现了热压倒装焊工艺的优化.同时,还简要介绍了芯片钉头金凸点的制作工艺.     

基于埋置式基板的3D-MCM封装结构的研制

研制一种用于无线传感网的多芯片组件(3D-MCM).采用层压、开槽等工艺获得埋置式高密度多层有机(FR-4)基板,通过板上芯片(COB)、板上倒装芯片(FCOB)、球栅阵列(BGA)等技术,并通过引线键合、倒装焊等多种互连方式将不同类型的半导体芯片三维封装于一种由叠层模块所形成的立体封装结构中;通过封装表层的植球工艺形成与表面组装技术(SMT)兼容的BGA器件输出端子;利用不同熔点焊球实现了工艺兼容的封装体内各级BGA的垂直互连,形成r融合多种互连方式3D-MCM封装结构.埋置式基板的应用解决了BGA与引线键合芯片同面组装情况下芯片封装面高出焊球高度的关键问题.对封装结构的散热特性进行了数值模拟和测试,结果表明组件具有高的热机械可靠性.电学测试结果表明组件实现了电功能,从而满足了无线传感网小型化、高可靠性和低成本的设计要求.     

热超声倒装焊在制作大功率GaN基LED中的应用

设计了适合于倒装的大功率GaN基LED芯片结构,在倒装基板硅片上制作了金凸点,采用热超声倒装焊接(FCB)技术将芯片倒装在基板上.测试结果表明获得的大面积金凸点连接的剪切力最高达53.93 g/bump,焊接后的GaN基绿光LED在350 mA工作电流下正向电压为3.0 V.将热超声倒装焊接技术用于制作大功率GaN基LED器件,能起到良好的机械互连和电气互连.     

倒装芯片各向异性导电胶互连的剪切结合强度

采用冲击试验方法研究了各向异性导电胶膜(ACF)互连的玻璃和柔性基板上倒装芯片(COG和COF)的剪切结合强度.结果表明:COF比COG的剪切强度高.ACF的固化程度达85%时有最大的结合强度.键合温度、导电颗粒状态、缺陷等因素对ACF互连的结合强度有较大影响,而键合压力的影响不大.     

倒装芯片各向异性导电胶互连的剪切结合强度

采用冲击试验方法研究了各向异性导电胶膜(ACF)互连的玻璃和柔性基板上倒装芯片(COG和COF)的剪切结合强度.结果表明:COF比COG的剪切强度高.ACF的固化程度达85 %时有最大的结合强度.键合温度、导电颗粒状态、缺陷等因素对ACF互连的结合强度有较大影响,而键合压力的影响不大.     

基于埋置式基板的3D-MCM封装结构的研制

研制一种用于无线传感网的多芯片组件（3D-MCM) . 采用层压、开槽等工艺获得埋置式高密度多层有机（FR-4）基板,通过板上芯片（COB) 、板上倒装芯片（FCOB) 、球栅阵列（BGA）等技术,并通过引线键合、倒装焊等多种互连方式将不同类型的半导体芯片三维封装于一种由叠层模块所形成的立体封装结构中;通过封装表层的植球工艺形成与表面组装技术（SMT）兼容的BGA器件输出端子;利用不同熔点焊球实现了工艺兼容的封装体内各级BGA的垂直互连,形成了融合多种互连方式3D-MCM封装结构. 埋置式基板的应用解决了BGA与引线键合芯片同面组装情况下芯片封装面高出焊球高度的关键问题. 对封装结构的散热特性进行了数值模拟和测试,结果表明组件具有高的热机械可靠性. 电学测试结果表明组件实现了电功能,从而满足了无线传感网小型化、高可靠性和低成本的设计要求.     

石墨烯MEMS压力传感器Au/Sn共晶键合气密性封装

针对石墨烯MEMS压力传感器气密性封装的需求,设计出一种用于石墨烯MEMS压力传感器芯片级Au/Sn共晶键合工艺方法。石墨烯压力传感器芯片键合密封环金属采用50/400 nm的Cr/Au,基板键合密封环金属采用50/400/500/3 nm的Cr/Au/Sn/Au。随后使用倒装焊机在280℃以及8 kN的压力环境下保持6 min,完成芯片与基板的Au/Sn互溶扩散键合工艺,从而实现石墨烯压力传感器芯片的气密性封装。对键合指标进行测试,平均剪切力达20.88 MPa,平均漏率为4.91×10^-4 Pa·cm³/s,满足GJB548B-2005的要求。通过比较键合前后的芯片电学特性,石墨烯敏感结电阻平均值变化了1.1%,具有较高的稳定性。此外键合界面能谱测试结果符合Au/Sn键合金属合金元素组分,为石墨烯MEMS压力传感器低成本、高效率气密性封装奠定了基础。     

倒装芯片键合技术发展现状与展望

我国集成电路发展十二五规划中提到,大力发展先进封装和测试技术,推进高密度堆叠型三维封装产品的进程,支持封装工艺技术升级和产能扩充。阐述了先进封装技术中的倒装芯片键合工艺现状及发展趋势,以及国际主流倒装设备发展及国内应用现状,重点介绍了北京中电科装备有限公司的倒装机产品。国产电子装备厂商应认清回流焊倒装芯片键合设备市场发展,缩短倒装设备产品开发周期和推向市场的时间,奠定国产电子先进封装设备产业化基础;同时抓紧研发细间距铜柱凸点倒装和热压焊接技术,迎接热压倒装芯片工艺及其设备的挑战。     

自动金丝球焊工艺中第一键合点成球缺陷分析

引线键合在多芯片微波组件微组装上应用广泛,通常会用金丝实现芯片与基板、基板与基板间的互连。自动金丝球焊是互连方法的一种,它具有生产效率高、一致性好的特点。文章针对在生产过程中出现的第一键合点成球缺陷展开原因分析,即键合工艺参数不当、真空系统故障和线夹间距不当等。系列试验验证,线夹间隙不当可造成上述缺陷,解决该问题的办法是将线夹间隙调整到0.05 mm。     

MCM—C倒装焊工艺技术研究

简要介绍了主要倒装焊技术，重点研究了实用性强、可行性好的超声热压倒装焊、导电环氧粘接倒装、ACA粘接倒装以及MCM—C基板上的芯片倒装焊区制作、倒装后芯片的下填充等工艺技术，总结了芯片倒装互连质量的主要检验要求。     

适合于印刷工艺的IndiumTacflux676助焊剂在倒装芯片装配过程中的应用

倒装芯片是一种无弓1脚结构的芯片互联技术,它起源于60年代,由IBM率先研发,具体原理是在I／O板上沉积焊料凸点,然后将芯片翻转加热利用熔融的焊料凸点与基板相结合,此技术代替了常规的打线接合,在封装技术的应用范围日益广泛,己逐步成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式,特别是它可以采用类似SMT技术（印刷）的手段来加工生产效率将有大幅的提升,因此倒装芯片封装技术将是高密度芯片封装的最终方向。