PBGA向FBGA转变过程中的挑战

文章论述了微电子封装技术的现状与发展趋势。介绍了两种高密度集成电路封装形式：PBGA和FBGA的特性和应用。论述了高密度产品由FBGA替代PBGA封装过程中遇到的主要问题，并从焊线、锡球和PCB的电路线设计三个方面给出了短路的解决方法。同时，通过实例，比较了PBGA和FBGA封装工艺流程、封装所用主要材料、基板布局设计和产品的外形尺寸等。最后，给出了FBGA与PBGA相比较带来的经济效益和技术优势，以及FBGA替代PBGA产品的封装合格率和测试合格率．     

产品博览

Microchip 提供符合 RoHS 标准的 无铅封装产品 美国微芯科技公司近日宣布,该公司所有的产品自　2005年1月起将采用符合环保要求的无铅焊镀封装,以符合即将在全球范围内实施的政府法规和行业标准。Microchip将采用雾锡(Matte　tin)作为新的焊镀材料,确保所有的无铅产品都能向后兼容于行业标准和锡/铅焊接工艺,并向前兼容用于采用锡 / 银 / 铜等专业无铅锡膏的高温无铅工艺。Microchip计划在2006年前逐步减少锡铅焊镀产品的库存量,并逐渐停止生产该类产品。 德州仪器推出新一代全差动放大器 日前,德州仪器　(TI)　宣布推出业界…     

弯曲应力状况下微型BGA封装可靠性比较研究

微型球栅阵列（μBGA）是芯片规模封装（CSP）的一种形式,已发展成为最先进的表面贴装器件之一。在最新的IxBGA类型中使用低共晶锡．铅焊料球,而不是电镀镍金凸点。采用传统的表面贴装技术进行焊接,研讨μBGA的PCB装配及可靠性。弯曲循环试验（1000～1000με）,用不同的热因数（Qη）回流,研究μBGA、PBGA和CBGA封装的焊点疲劳失效问题。确定液相线上时间,测定温度,μBGA封装的疲劳寿命首先增大,接着随加热因数的增加而下降。当Q。接近500S·℃时,出现寿命最大值。最佳Qη范围在300-750s·℃之间,此范围如果装配是在氮气氛中回流,μBGA封装的寿命大于4500个循环。采用扫描电子显微镜（SEM）,来检查μBGA和PBGA封装在所有加热N数状况下焊点的失效。每个断裂接近并平行于PCB焊盘,在μBGA封装中裂纹总是出现在焊接点与PCB焊盘连接的尖角点,接着在Ni3Sn4金属间化合物（IMC）层和焊料之间延伸。CBGA封装可靠性试验中,失效为剥离现象,发生于陶瓷基体和金属化焊盘之间的界面处。     

名词术语释义：无铅化封装

集成电路的封装主要是采用锡铅焊料，含铅器件再利用过程中有毒物质将对环境产生污染。焊料的无铅化是无铅封装的关键，目前较为常用的封装无铅化主要是通过无铅焊膏来实现。     

无铅装配中MSL等级对PBGA封装体翘曲的影响

本文介绍了一系列球间距为1．0毫米的塑封BGA（以下简称PBGA）在线路板上的焊接试验，经X-RAY和C-SAM检测，有短路，分层等焊接缺陷产生。试验中通过对热屏蔽模量的测量，评估PBGA封装体的翘曲以及MSL等级与PBA装配结果之间的关系，试验结果证明：PBGA器件封装体的翘曲和无铅回流温度的升高是导致焊接缺陷增多的根本原因。随着PBGA器件尺寸不断增大，硅节点尺寸的减小，封装体本身的翘曲也在逐渐增大，大的PBGA封装体（大于35毫米）在IPC／JEDEC标准中被明确指出，湿度／温度在MSL-3／260℃情况下，回流过程会引起PBGA器件封装体的更加严重的翘曲，从而导致回流后PBGA周边焊球桥接，造成短路。传统的锡／铅焊接工艺中PBGA封装体的翘曲以及MSL等级与焊接结果是相匹配的，而在无铅焊接过程中，回流温度要升高，以前标准中与之匹配的翘曲度及MSL等级与无铅装配结果不再相符，本试验目的就是通过对不同封装尺寸，不同湿度等级的PBGA组装焊接试验，找出适合无铅温度的PBGA封装体翘曲与MSL等级加入到IPC标准中，通过热屏蔽模量的测量结果分析，指导球间距为1．O毫米，不同封装尺寸，不同硅节点尺寸的PBGA的无铅装配。     

再成形（Re—Balled）焊球阵魏封装的焊球强度评估

近年来,许多国家禁止在电子产品中铅的使用,但是一些特定产品拥有豁免权。拥有豁免权的电子产品生产厂商面临含铅元器件供应缺乏的现状,因此生产厂商开始寻求利用焊球再成形技术把焊球阵列封装中的无铅焊球转变为锡铅焊球。焊球再成形技术曾经被用于元器件的回收再利用．但是关于焊球再成形元器件的可靠性信息十分有限。介绍了利用焊球再成形技术使无铅焊球阵列封装转变为锡铅焊球阵列封装。两种焊球去除方法和两种焊球再贴装方法分别用于实现从无铅焊球到锡铅焊球的转变,用以调查再成形工艺对于封装质量的影响。热时效试验以及焊球强度评估用于检测焊球再成形工艺过程。     

再成形(Re-Balled)焊球阵列封装的焊球强度评估

近年来,许多国家禁止在电子产品中铅的使用,但是一些特定产品拥有豁免权。拥有豁免权的电子产品生产厂商面临含铅元器件供应缺乏的现状,因此生产厂商开始寻求利用焊球再成形技术把焊球阵列封装中的无铅焊球转变为锡铅焊球。焊球再成形技术曾经被用于元器件的回收再利用,但是关于焊球再成形元器件的可靠性信息十分有限。介绍了利用焊球再成形技术使无铅焊球阵列封装转变为锡铅焊球阵列封装。两种焊球去除方法和两种焊球再贴装方法分别用于实现从无铅焊球到锡铅焊球的转变,用以调查再成形工艺对于封装质量的影响。热时效试验以及焊球强度评估用于检测焊球再成形工艺过程。     

热疲劳载荷作用下不同成分BGA互连焊点可靠性研究

本文针对微电子组装中常见的BGA 封装形式,对比采用三种不同成分的BGA焊球和焊膏组合（锡铅共晶焊球和锡铅共晶焊膏、Sn3Ag0.5Cu 焊球和锡铅共晶焊膏、以及Sn3Ag0.5Cu焊球和Sn3Ag0.5Cu焊膏）焊接得到的BGA 互连点,经过不同周期的热疲劳试验后,在金相显微镜和电子背散射衍射下观察,发现Sn3Ag0.5Cu焊球和锡铅共晶焊膏混装形成的BGA焊点中黑色的富锡相均匀弥散分布在焊球内,在热循环载荷作用下极难形成再结晶,抗热疲劳性能最好。     

印制板可焊性涂层的发展

印制板可焊性涂层早期有热涂、电镀等方法,70年代开发了焊料涂覆热风整平技术,就电镀锡铅合金镀液而言,光亮锡铅镀液逐步被高分散能力锡铅镀液代替,近年来在镀液配方上有所发展,一些非蛋白胨添加剂逐步取代蛋白胨添加剂,为了进一步克服印制板在锡焊时造成的种种弊病,又发展到采用阻焊涂层涂覆在裸铜上(SMOBC)的一种新工艺。     

国际电子工业联接协会出版IPC-7095B版标准

IPC-国际电子工业联接协会出版了IPC-7095B版标准,即《BGA的设计及组装工艺的实施》。实施球栅阵列（BGA）和细间距BGA（FBGA）技术对设计、组装、检验和返修人员带来了特有的挑战。IPC-7095B为目前正在使用BGA或者有意转向采用面积阵列封装设计的公司提供了非常实用的信息。目前BGA封装所用合金及将其连接到印制板连接盘上所用的焊料合金正在经历着从有铅转向无铅的巨大变革,     

热疲劳载荷作用下不同成分BGA焊点可靠性

针对微电子组装中常见的BGA封装形式,对比采用3种不同成分的BGA焊球和焊膏组合(锡铅共晶焊球和锡铅共晶焊膏Sn63Pb37、Sn3Ag0.5Cu焊球和锡铅共晶焊膏以及Sn3Ag0.5Cu焊球和Sn3Ag0.5Cu焊膏)焊接得到的BGA焊接界面。经过不同周期的热疲劳试验后,在金相显微镜和电子背散射衍射下观察,发现Sn3Ag0.5Cu焊球和锡铅共晶焊膏混装形成的BGA焊点中黑色的富锡相均匀弥散分布在焊球内,在热循环载荷作用下极难形成再结晶,抗热疲劳性能最好。     

贴片焊层厚度对功率器件热可靠性影响的研究

贴片工艺是用粘接剂将芯片贴装到金属引线框架(一般是由铜制成)上的过程.富铅的Pb/Sn/Ag软焊料在功率器件封装贴片工艺中作为粘接剂应用十分广泛.从功率器件整体来看,贴片焊层毫无疑问是影响器件可靠性最重要的因素之一,其不仅具有良好的导电导热性能,而且该焊层能够吸收由于芯片和引线框架之间的热失配而产生的应力应变,保护芯片免于受到机械应力的损伤.基于Darveaux的热疲劳寿命分析模型,利用功率循环加速实验以及有限元方法具体分析了贴片焊层厚度BLT对于功率器件热可靠性的影响.并通过实验与仿真的结果,提出提高功率器件热可靠性的设计原则.     

无铅PBGA组装的有限元分析与寿命预测

本文采用粘塑性hyperbolic-sine本构方程描述了Sn95．5Ag3．8Cu0．7焊料的材料模式。使用通用有限元软件模拟了PBGA（Plastic Ball Grid Array）封装器件焊球阵列在-55℃-125℃热循环作用下应力应变的分布。并采用修正后的热疲劳寿命预测coffin—Masson公式分析预测了该焊料焊点的热疲劳寿命。     

铟泰推出无卤免清洗晶圆级芯片级封装

倒装芯片助焊剂NC-510是一种专为保持锡球形状而设计的无卤、免清洗、晶圆级芯片尺寸封装助焊剂。这种助焊剂可提供一致的可焊性,与各种底部填充剂兼容,并具有均匀的可印刷能力。迄今有两种使用焊料完成的晶圆植球标准工艺,它们分别是：焊膏印刷和焊料电镀。这两种工艺具有多种局限,从而催生了第三种更加灵活的方法。新方法包括助焊剂印刷（通常为模板印刷或丝网印刷）和焊球贴装两个阶段。     

镀钯引线框架的超薄电镀技术

<正> 日本新光电气工业公司开发出了一种镀钯引线框架超薄技术。这样一来,钯的市场价格变化奇快,镀钯引线有利于环保,并可大大地降低电镀材料的费用成本。1 工业用钯的市场价格上扬 近年来,在国际上对于铅给环境所造成的影响越来越关心,在电子领域中,如何推进电子产品的无铅化运动正在高涨。在半导体的安装工艺中,为了能够省掉含铅的锡焊工序,正在开发、制造、销售镀钯引线     

Dai Nippon Printing和瑞萨科技在引线框架方面进行合作

Dai Nippon Printing和瑞萨科技公司在无引线焊料兼容引线框架的制造和销售方面进行合作，专为绿色环保的半导体封装而优化设计。     

引线框架电镀锡须、锡毛刺生成机理与预防

引线框架电镀纯锡时,受过程控制及原材料的影响,纯锡镀层极易产生锡须和锡毛刺。锡须和锡毛刺的产生有着不同的机理,因此预防锡须及锡毛刺的产生,需要采取有针对性的措施。本文章从原理上分析了锡须及锡毛刺的产生机理,并结合现有封装电镀工艺流程,有针对性地提出了一些可行的预防措施,为保证集成电路的可靠性提供了理论支持。     

QFN封装的PCB焊盘和网板设计

近几年来,由于QFN封装（Quad Flat No-lead package,方形扁平无引脚封装）具有良好的电和热性能、体积小、重量轻,其应用正在快速增长.采用微型引线框架的QFN封装称为MLF（Micro Lead Frame,微引线框架）封装.QFN封装和CSP（Chip Size Package,芯片尺寸封装）有些相似,但元件底部没有焊球,与PCB的电气和机械连接是通过PCB焊盘上印刷焊膏经过回流焊形成的焊点来实现的.QFN封装对工艺提出了新的要求,本文将对PCB焊盘和印刷网板设计进行探讨.     

DNP与瑞萨就引线框架展开合作,减少对环境的影响

日本Dai Nippon Printing(DNP)公司与瑞萨科技公司(Renesas Technology)日前宣布，在无引线焊料兼容引线框架的制造和销售方面进行合作，专为绿色环保的半导体封装而优化设计。     

厚膜HIC镀金引线柱直接采用锡基焊料研究

电装行业中对镀金界面采用锡基焊料软钎焊之前进行搪锡去金的标准一直存在争议。采用SEM、体视显微镜等设备对厚膜混合集成电路(HIC)组装过程中镀金引线柱采用锡基焊料钎焊(不进行搪锡去金处理)工艺进行了研究。结果发现,典型金层厚度(1.3~2.5μm)引线柱钎焊后能够通过环境试验应力考核和高温-长期储存试验;内引线柱局部镀薄金(0.5~1μm)的样品在高温-长期储存试验过程中抑制Ni-Au-Sn化合物生长的效果更加明显,可以作为一种高可靠HIC镀金引线柱不去金焊接的优选封装结构。