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BGA芯片植球焊膏清洗液合明科技分享:BGA芯片封装工艺流程介绍

发布日期:2021-11-05 发布者:合明科技Unibright 浏览次数:3578

BGA芯片植球焊膏清洗液合明科技分享:BGA芯片封装工艺流程介绍

合明科技专注精密电子清洗技术20多年,是SMT贴装/DIP封装,功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。



BGA封装工艺流程

1.PBGA基板的制备

     

在BT树脂/玻璃芯板的两面压极薄(12-18um厚)的铜箔,然后进行钻孔和通孔金属化,通孔一般位于基板的四周;再用常规的PWB工艺(压膜、曝光、显影、蚀刻等)在基板的两面制作图形(导带、电极以及安装焊球的焊区阵列);最后形成介质阻焊膜并制作图形,露出电极及焊区。


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线路形成:

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2.封装工艺流程

      

圆片减薄→圆片切削→芯片粘结→清洗→引线键合→清洗→模塑封装→装配焊料球→回流焊→打标→分离→检查及测试→包装


芯片粘结:采用充银环氧树脂粘结剂(导电胶)将IC芯片粘结在镀有Ni-Au薄层的基板上


引线键合:粘结固化后用金丝球焊机将IC芯片上的焊区与基板上的镀Ni-Au的焊区以金线相连


模塑封装:用石英粉的环氧树脂模塑进行模塑包封,以保护芯片、焊接线及焊盘。


回流焊:固化之后,使用特设设计的吸拾工具(焊球自动拾放机)将浸有焊剂熔点为183℃、直径为30mil(0.75mm)的焊料球Sn62Pb36Ag2,或者Sn63Pb37放置在焊盘上,在传统的回流焊炉内在N2气氛下进行回流焊接(最高加工温度不超过230℃),焊球与镀Ni-Au的基板焊区焊接。


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装配焊球有两种方法:“球在上”和“球在下”


球在上:在基板上丝网印制焊膏,将印有焊膏的基板装在一个夹具上,用定位销将一个带筛孔的顶板与基板对准,把球放在顶板上,筛孔的中心距与阵列焊点的中心距相同,焊球通过孔对应落到基板焊区的焊膏上,多余的球则落入一个容器中。取下顶板后将部件送去再流,再流后进行清洗。


“球在下”:过程与“球在上”相反,先将一个带有以所需中心距排列的孔(直径小于焊球)的特殊夹具放在一个振动/摇动装置上,放入焊球,通过振动使球定位于各个孔,在焊球位置上印焊膏,再将基板对准放在印好的焊膏上,送去再流,之后进行清洗。


焊球的直径是0.76mm(30mil)或0.89mm(35mil),PBGA焊球的成分为低熔点的63Sn37Pb(62Sn36Pb2Ag)。

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TBGA封装工艺流程

1.TBGA载带制作

      

TBGA载带是由聚酰亚胺PI材料制成的,在制作时,先在载带的两面覆铜,接着冲通孔和通孔金属化及制作出图形;然后镀镍、金,将带有金属化通孔和再分布图形的载带分割成单体。


封装热沉又是封装的加固体,也是管壳的芯腔基底,因此在封装前先要使用压敏粘结剂将载带粘结在热沉上。


TBGA适合于高I/O数应用的一种封装形式,I/O数可为200-1000,芯片的连接可以用倒装芯片再流,也可以用热压键合。

2.封装工艺流程


圆片减薄→圆片切割→芯片粘结→清洗→引线键合→等离子清洗→液态密封剂灌封→装配焊料球→回流焊→打标→最终检查→测试→包装

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芯片粘结:全阵列型芯片,用C4工艺;周边型金凸点芯片,热压键合。


装配焊料球:用微焊技术把焊球(10Sn90Pb)焊接到载带上,焊球的顶部熔进电镀通孔内,焊接后用环氧树脂将芯片包封。


FCBGA封装工艺流程

1.FCGBA基板制作

      

FCGBA基板制作是将多层陶瓷片高温共烧成多层陶瓷金属化基片,再在基片上制作多层金属布线,然后进行电镀等。

2.封装工艺流程

      

圆片凸点的制备→圆片切割→芯片倒装及回流焊→底部填充→导热脂、密封焊料的分配→封盖→装配焊料球→回流焊→打标→分离最终检查→测试→包封


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倒装焊接:


特点:


倒装焊技术克服了引线键合焊盘中心距极限的问题;

      

在芯片的电源/地线分布设计上提供了更多的便利;

      

为高频率、大功率器件提供更完善的信号。


优点:


焊点牢固、信号传输路径短、电源/地分布、I/O;密度高、封装体尺寸小、可靠性高等。


缺点:


由于凸点的制备是在前工序完成的,因而成本较高。         


倒装焊的凸点是在圆片上形成的。在整个加工过程中,工艺处理的是以圆片、芯片和基片方式进行的,它不是单点操作,因而处理效率较高。


基板选择:


基板选择的关键因素在于材料的热膨胀系数(CTE)、介电常数、介质损耗、电阻率和导热率等。 


基板与芯片(一级互连)之间或基板与PCB板(二级互连)之间的CTE失配是造成产品失效的主要原因。CTE失配产生的剪切应力将引起焊接点失效。


封装体的信号的完整性与基片的绝缘电阻、介电常数、介质损耗有直接的关系。介电常数、介质损耗与工作频率关系极大,特别是在频率>1GHz时。


有机物基板是以高密度多层布线和微通孔基板技术为基础制造的。


特点:低的互连电阻和低的介电常数。


局限性:


①在芯片与基板之间高的CTE差会产生大的热失配;

 

②可靠性较差,其主要原因是水汽的吸附。

      现有的CBGA、CCGA封装采用的基板为氧化铝陶瓷基板。


局限性:


①热膨胀系数与PCB板的热膨胀系数相差较大,而热失配容易引起焊点疲劳。


②它的高介电常数、电阻率也不适用于高速、高频器件。


HITCE陶瓷基板


特点:


CTE是12.2ppm/℃;

      

低的介电常数5.4;

     

低阻的铜互连系统。


综合了氧化铝陶瓷基板和有机物基板的最佳特性,其封装产品的可靠性和电性能得以提高。


 凸点技术:常用的凸点材料为金凸点,95Pb5Sn、90Pb10Sn焊料球(回流焊温度约为350℃)。技术的关键在于当节距缩小时,必须保持凸点尺寸的稳定性。焊料凸点尺寸的一致性及其共面性对倒装焊的合格率有极大的影响。


CBGA封装工艺流程


相比于PBGA和TBGA,CBGA有些许不同,主要表现在以下几个方面:


 1.CBGA的基板是多层陶瓷布线基板,PBGA的基板是BT多层布线基板,TBGA基板是加强环的聚酰亚胺(PI)多层Cu布线基板。


 2.CBGA基板下面的焊球为90%Pb-10Sn%或95%Pb-5Sn%的高温焊球,而与基板和PWB焊接的焊料则为37%Pb-63Sn%的共晶低温焊球。


 3.CBGA的封盖为陶瓷,使之成为气密性封装;而PBGA和TBGA则为塑料封装,非气密性封装。

BGA 封装中IC 芯片与基片连接方式的比较


BGA 封装结构中芯片与基板的互连方式主要有两种:引线键合、倒装焊。


目前BGA的I/O数主要集中在100~1000:


采用引线键合的BGA的I/O数常为50~540;


采用倒装焊方式的I/O 数常>540。


目前PBGA的互连常用引线键合方式:


CBGA 常用倒装焊方式;


TBGA 两种互连方式都有使用。


当I/O数<600时,引线键合的成本低于倒装焊。但是,倒装焊方式更适宜大批量生产,如果圆片的成品率得到提高,那么就有利于降低每个器件的成本。并且倒装焊更能缩小封装体的体积。



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针对电子制程精密焊后清洗的不同要求,合明科技在水基清洗方面有比较丰富的经验,对于有着低表面张力、低离子残留、配合不同清洗工艺使用的情况,自主开发了较为完整的水基系列产品,精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端,包括有水基和半水基清洗剂,碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在,在同等的清洗力的情况下,合明科技的兼容性较佳,兼容的材料更为广泛;在同等的兼容性下,合明科技的清洗剂清洗的锡膏种类更多(测试过的锡膏品种有ALPHA、SMIC、INDIUM、SUPER-FLEX、URA、TONGFANG、JISSYU、HANDA、OFT、WTO等品牌;测试过的焊料合金包括SAC305、SAC307、6337、925等不同成分),清洗速度更快,离子残留低、干净度更好。

                                   

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【阅读提示】

以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的工艺、设备、材料的清洗解决方案支持。

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