工学第5章BGA和CSP的封装技术.ppt

第第5章章 BGA和和CSP的封装技术的封装技术5.1 BGA.1 BGA的基本概念、特点和封装类型的基本概念、特点和封装类型 BGA(Ball Grid Array)BGA(Ball Grid Array)即即““焊球阵列焊球阵列””它是在基板的下它是在基板的下面按阵列方式引出球形引脚面按阵列方式引出球形引脚, ,在基板上面装配在基板上面装配LSILSI芯片芯片( (有的有的BGABGA引脚端与芯片在基板同一面引脚端与芯片在基板同一面),),是是LSILSI芯片用的一种表面安装型封芯片用的一种表面安装型封装 5.1.1 BGA5.1.1 BGA的基本概念和特点的基本概念和特点Motorola 1.27mm引脚间距的引脚间距的CBGA BGABGA具有以下特点：具有以下特点： (1)(1)失效率低使用失效率低使用BGABGA，，可将窄节距可将窄节距QFPQFP的焊的焊点失效率减小两个数量级，点失效率减小两个数量级，且无需对安装工艺作大的且无需对安装工艺作大的改动 (2)BGA(2)BGA焊点节距一般焊点节距一般为为1.27mm1.27mm和和0.8mm0.8mm，，可以可以利用现有的利用现有的SMTSMT工艺设备。

工艺设备 (3)(3)提高了封装密度，提高了封装密度，改进了器件引脚和本体尺改进了器件引脚和本体尺寸的比率寸的比率1.27mm间距的间距的CBGA器件器件 (4)(4)由于引脚是焊球，可明显改善共面性，大大地减少了共由于引脚是焊球，可明显改善共面性，大大地减少了共面失效 (5)BGA(5)BGA引脚牢固，不像引脚牢固，不像QFPQFP那样存在引脚易变形问题那样存在引脚易变形问题 (6)BGA(6)BGA引脚很短，使信号路径短，减小了引脚电感和电容，引脚很短，使信号路径短，减小了引脚电感和电容，改善了电性能改善了电性能 (7)(7)焊球熔化时的表面张力具有明显的焊球熔化时的表面张力具有明显的““自对准自对准””效应，从效应，从而可大为减少安装、焊接的失效率而可大为减少安装、焊接的失效率 (8)BGA(8)BGA有利于散热有利于散热 (9)BGA(9)BGA也适合也适合MCMMCM的封装的封装, ,有利于实现有利于实现MCMMCM的高密度、高性能的高密度、高性能 BGABGA封装按基板的种类，分为：封装按基板的种类，分为：PGBA(PGBA(塑封塑封BGA)BGA)、、CBGA(CBGA(陶瓷陶瓷BGA)BGA)、、CCGA(CCGA(陶瓷焊柱阵列陶瓷焊柱阵列) )、、TBGA(TBGA(载带载带BGA)BGA)、、MBGA(MBGA(金属金属BGA)BGA)、、FCBGA(FCBGA(倒装芯片倒装芯片BGA)BGA)和和EBGA(EBGA(带散热器带散热器BGA)BGA)等。

等 5.1.2 BGA5.1.2 BGA的的封装类型和结构封装类型和结构 PBGAPBGA封装结构如图所示，焊球做在封装结构如图所示，焊球做在PWBPWB基板上，在芯片粘接基板上，在芯片粘接和和WBWB后模塑采用的焊球材料为共晶或准共晶后模塑采用的焊球材料为共晶或准共晶Pb-SnPb-Sn合金焊球合金焊球的封装体的连接不需要另外的焊料的封装体的连接不需要另外的焊料PBGAPBGA封装的优点如下：封装的优点如下： (1)(1)和环氧树脂电和环氧树脂电路板的热匹配性好路板的热匹配性好 (2)(2)对焊球的共面对焊球的共面要求宽松要求宽松, ,因为焊球参因为焊球参与再流焊时焊点的形成与再流焊时焊点的形成 (3)(3)安放时，可以通过封装体边缘对准安放时，可以通过封装体边缘对准 (4)(4)在在BGABGA中成本最低中成本最低 (5)(5)电性能良好电性能良好 (6)(6)与与PWBPWB连接时，焊球焊接可以自对准连接时，焊球焊接可以自对准 (7)(7)可用于可用于MCMMCM封封装。

装 PBGAPBGA封装的缺点主要是对湿气敏感封装的缺点主要是对湿气敏感 下图为下图为CBGACBGA封装结构封装结构, ,最早源于最早源于IBMIBM公司的公司的C4C4倒装芯片工艺倒装芯片工艺采用双焊料结构采用双焊料结构, ,用用10%Sn-90%Pb10%Sn-90%Pb高温焊料制作芯片上的焊球高温焊料制作芯片上的焊球, ,用用低熔点共晶焊料低熔点共晶焊料63%Sn-37%Pb63%Sn-37%Pb制作封装体的焊球此方法也称为制作封装体的焊球此方法也称为焊球连接焊球连接(SBC)(SBC)工艺CBGACBGA封装的优点如下：封装的优点如下： (1)(1)可靠性高，电可靠性高，电性能优良性能优良 (2)(2)共面性好，焊共面性好，焊点成形容易点成形容易 (3)(3)对湿气不敏感对湿气不敏感 (4)(4)封装密度高封装密度高( (焊球为全阵列分布焊球为全阵列分布) ) (5)(5)和和MCMMCM工艺相容工艺相容 (6)(6)连接芯片和元件的返修性好连接芯片和元件的返修性好。

 CBGACBGA封装的缺点是：封装的缺点是： (1)(1)由于基板和环氧树脂印制电路板的热膨胀系数不同，因由于基板和环氧树脂印制电路板的热膨胀系数不同，因此热匹配性差此热匹配性差CBGA-FR4CBGA-FR4基板组装时，热疲劳寿命短基板组装时，热疲劳寿命短 (2)(2)封装成本高封装成本高 如图为如图为CCGACCGA封封装结构，装结构，CCGACCGA是是CBGACBGA的扩展它采的扩展它采用用10%Sn-90%Pb10%Sn-90%Pb焊柱焊柱代替焊球焊柱较代替焊球焊柱较之焊球可降低封装之焊球可降低封装部件和部件和PWBPWB连接时的连接时的应力这种封装具应力这种封装具有清洗容易、耐热性能好和可靠性高的特点有清洗容易、耐热性能好和可靠性高的特点 P123P123图图5-45-4为为TBGATBGA封装结构封装结构TBGATBGA封装是载带自动焊接技术封装是载带自动焊接技术的延伸，利用的延伸，利用TABTAB实现芯片的连接实现芯片的连接TBGATBGA封装的优点如下：封装的优点如下：TBGATBGA封装的优点如下：封装的优点如下： (1)(1)尽管在芯片连接中局部存在应力，但总体上和环氧尽管在芯片连接中局部存在应力，但总体上和环氧树脂印刷电路板热匹配性较好。

树脂印刷电路板热匹配性较好 (2)(2)是最薄型的是最薄型的BGABGA封装，可节省安装空间封装，可节省安装空间 (3)(3)是经济型的是经济型的BGABGA封装 TBGATBGA封装的缺点是：封装的缺点是： (1)(1)对湿气敏感对湿气敏感 (2)(2)对热敏感对热敏感 下图为下图为FCBGAFCBGA封装结构封装结构FCBGAFCBGA通过通过FCFC实现芯片与实现芯片与BGABGA衬底的衬底的连接FCBGAFCBGA有望成为发展最快的一种有望成为发展最快的一种BGGABGGA封装其优点如下：封装其优点如下： (1)(1)电性能优良，电性能优良，如电感、延迟较小如电感、延迟较小 (2)(2)热性能优良，热性能优良，背面可安装散热器背面可安装散热器 (3)(3)可靠性高可靠性高 (4)(4)与与SMTSMT技术技术 相容，封装密度高相容，封装密度高 (5)(5)可返修性强可返修性强 (6)(6)成本低 EBGAEBGA与与PBGAPBGA相比较，相比较，PBGAPBGA一般是芯片正装，而一般是芯片正装，而EBGAEBGA是芯片是芯片倒装，芯片背面连接散热器，因此耗散功率大。

它的特点主要倒装，芯片背面连接散热器，因此耗散功率大它的特点主要是性能优于是性能优于PBGAPBGA，，其他性能基本与其他性能基本与PBGAPBGA相似5.2 BGA.2 BGA的封装的封装技术技术 PBGAPBGA中的焊球做在中的焊球做在PWBPWB基板上，在芯片粘接和基板上，在芯片粘接和WBWB后模塑下后模塑下面以面以OMPACOMPAC为例，简要介绍为例，简要介绍BGABGA的制作过程的制作过程 如图为如图为MotorolaMotorola公司生产的公司生产的OMPAC(OMPAC(模塑模塑BGA)BGA)的结构示意图的结构示意图其制作过程如下：其制作过程如下： 5.2.1 BGA5.2.1 BGA的封装技术的封装技术 OMPACOMPAC基板的基板的PWBPWB，，材料是材料是BTBT树脂或玻璃树脂或玻璃BTBT树脂或玻璃芯树脂或玻璃芯板被层层压在两层板被层层压在两层18um18um厚的铜箔之间然后钻通孔和镀通孔，厚的铜箔之间然后钻通孔和镀通孔，通孔一般位于基板的四周用常规的通孔一般位于基板的四周用常规的PWBPWB工艺在基板的两面制作工艺在基板的两面制作图形图形( (导带、电极以及安装焊球的焊区阵列导带、电极以及安装焊球的焊区阵列) )。

然后形成介质阻然后形成介质阻焊膜并制作图形，露出电极和焊区焊膜并制作图形，露出电极和焊区 基板制备完之后，首先用含银环氧树脂（导电胶）将硅芯基板制备完之后，首先用含银环氧树脂（导电胶）将硅芯片粘到镀有片粘到镀有Ni—AuNi—Au的薄层上，粘接固化后用标准的金丝球焊机的薄层上，粘接固化后用标准的金丝球焊机将将ICIC芯片上的铝焊区与基板上的镀芯片上的铝焊区与基板上的镀Ni—AuNi—Au的焊区用的焊区用WBWB相连然后用填有石英粉的环氧树脂模塑料进行模塑包封固化之后，后用填有石英粉的环氧树脂模塑料进行模塑包封固化之后，使用一个焊球自动拾放机将浸有焊剂的焊球（预先制好）安放使用一个焊球自动拾放机将浸有焊剂的焊球（预先制好）安放到各个焊区，用常规的到各个焊区，用常规的SMTSMT再流焊工艺在再流焊工艺在N N2 2气氛下进行再流，焊气氛下进行再流，焊球与镀球与镀Ni—AuNi—Au的的PWBPWB焊区焊接焊区焊接 在基板上装配焊球有两种方法：在基板上装配焊球有两种方法：““球在上球在上””和和““球在下球在下””，，OMPACOMPAC采用的是前者先在基板上丝网印制焊膏，将印有焊膏采用的是前者。

先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球在下””方法被方法被IBMIBM公司用来在陶瓷基板上装焊球，其过程与公司用来在陶瓷基板上装焊球，其过程与““球在上球在上””相反，先将一个带有以所需中心距排列的孔（直径相反，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（小舟）放在一个振动小于焊球）的特殊夹具（小舟）放在一个振动/ /摇动装置上，放摇动装置上，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，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。

焊球的直径一般是焊球的直径一般是0.76mm(30mil)0.76mm(30mil)或或0.89mm(35mil)0.89mm(35mil)，，PBGAPBGA焊球焊球的成分为低熔点的的成分为低熔点的63%Sn-37%Pb(OMPAC63%Sn-37%Pb(OMPAC为为62%Sn-36%Pb-2%Ag)62%Sn-36%Pb-2%Ag) 承载体由承载体由PIPI载带载带制成载带上冲孔，电镀通孔，两面进行制成载带上冲孔，电镀通孔，两面进行铜金属化，再镀铜金属化，再镀NiNi和和AuAu，将，将带有金属化通孔和再分布图形的载带有金属化通孔和再分布图形的载带分割成单体带分割成单体 用微焊技术把焊球（用微焊技术把焊球（10%Sn-90%Pb10%Sn-90%Pb））焊接到载带上，焊球的焊接到载带上，焊球的顶部熔进电镀通孔内载带外引线区粘上一个加强环顶部熔进电镀通孔内载带外引线区粘上一个加强环 芯片的安装：面阵型芯片，用芯片的安装：面阵型芯片，用C4C4工艺；周边型金凸点芯片，工艺；周边型金凸点芯片，热压键合焊接后用环氧树脂将芯片包封热压键合焊接后用环氧树脂将芯片包封。

在在PWBPWB上组装上组装TBGATBGA：： 丝网印制焊膏丝网印制焊膏 → → 检查所印制的焊膏检查所印制的焊膏 → → 在在PWBPWB上安放上安放TBGATBGA（（自动安装机）自动安装机）→ → 再流焊再流焊 → → 清洗清洗 → → 检查焊点（周边焊检查焊点（周边焊点用立体显微镜目检，用透射点用立体显微镜目检，用透射X X射线可检查内部焊点缺陷，如桥射线可检查内部焊点缺陷，如桥连、焊球孔隙等）连、焊球孔隙等） 5.2.2 TBGA5.2.2 TBGA的封装技术的封装技术 TBGATBGA是适于高是适于高I/OI/O数应用的一种封装形式，数应用的一种封装形式，I/OI/O数可为数可为200 200 ∽∽10001000，芯片的连接可以用倒装芯片焊料再流，也可以用热压，芯片的连接可以用倒装芯片焊料再流，也可以用热压键合TBGATBGA的安装使用标准的的安装使用标准的63%Sn-37%Pb63%Sn-37%Pb焊膏 5.2.3 CBGA5.2.3 CBGA和和CCGACCGA的封装技术的封装技术1. CBGA的封装技术的封装技术(1)CBGA封装结构特点封装结构特点 CBGACBGA封装结构如下图。

与封装结构如下图与PBGAPBGA和和TBGATBGA相比相比, ,主要区别在于：主要区别在于： ①①CBGACBGA的基板是多层陶瓷布线基板的基板是多层陶瓷布线基板,PBGA,PBGA的基板是的基板是BTBT多层布多层布线基板，线基板，TBGATBGA基板则是加强环的聚酰亚胺基板则是加强环的聚酰亚胺(PI)(PI)多层多层CuCu布线基板布线基板 ②②CBGACBGA基板下面的焊球为基板下面的焊球为90%Pb-10Sn%90%Pb-10Sn%或或95%Pb-5%Sn95%Pb-5%Sn的高温的高温焊球，而与基板和焊球，而与基板和PWBPWB焊接的焊料则为焊接的焊料则为37%Pb-63%Sn37%Pb-63%Sn的共晶低温的共晶低温焊球 ③③CBGACBGA的封盖为陶瓷，使之成为气密性封装，而的封盖为陶瓷，使之成为气密性封装，而PBGAPBGA和和TBGATBGA则为塑料封装，是非气密性封装则为塑料封装，是非气密性封装2)CBGA的封装技术的封装技术 从从CBGACBGA与与PBGAPBGA、、TBGATBGA的结构比较可以看出，制作的结构比较可以看出，制作CBGACBGA的工的工艺技术相对要复杂一些，以上图为例，介绍艺技术相对要复杂一些，以上图为例，介绍CBGACBGA的工艺技术。

的工艺技术 如图所示是如图所示是5 5层陶瓷基板：多层布线分成信号层、电源层和层陶瓷基板：多层布线分成信号层、电源层和接地层；接地层；LSILSI芯片是用芯片是用C4C4技术倒装焊技术倒装焊(FCB)(FCB)到陶瓷基板上层的布到陶瓷基板上层的布线焊区 陶瓷封盖的周边及基板的周边有金属化层，以便密封焊接；陶瓷封盖的周边及基板的周边有金属化层，以便密封焊接；芯片背面与盖板填充导热树脂是为了更好地散热；陶瓷基板底芯片背面与盖板填充导热树脂是为了更好地散热；陶瓷基板底部的金属焊区制作高温焊球部的金属焊区制作高温焊球 工艺流程：制作多层陶瓷布线基板工艺流程：制作多层陶瓷布线基板( (高温或低温共烧陶瓷基高温或低温共烧陶瓷基板制作技术板制作技术) → ) → 陶瓷基板布线焊区印制共晶低温陶瓷基板布线焊区印制共晶低温Pb-SnPb-Sn焊膏焊膏 → → 安装安装LSILSI芯片芯片(FCB(FCB法安装焊接法安装焊接) → ) → 芯片背面涂导热树脂芯片背面涂导热树脂 → → 盖盖陶瓷封盖并密封陶瓷封盖并密封 → → 将高温焊球连接到多层陶瓷基板的底部金将高温焊球连接到多层陶瓷基板的底部金属焊区上。

封装后应对其焊球的阵列完好性和每个焊球完整性属焊区上封装后应对其焊球的阵列完好性和每个焊球完整性进行检查，必要时应进行修补进行检查，必要时应进行修补2. CCGA的封装技术的封装技术 CCGACCGA的封装技术与的封装技术与CBGACBGA的封装技术基本一样，只是将的封装技术基本一样，只是将CBGACBGA的高温的高温Pb-SnPb-Sn焊球换成高温焊球换成高温Pb-SnPb-Sn焊焊柱即可5.3 BGA.3 BGA的的安装互连技术安装互连技术 BGABGA的焊球分布有全阵列和部分阵列两种方法如果芯片和的焊球分布有全阵列和部分阵列两种方法如果芯片和焊球位于基板的同一面焊球位于基板的同一面, ,只能采用部分阵列分布；有时芯片和焊只能采用部分阵列分布；有时芯片和焊球不在同一面球不在同一面, ,既可采用全阵列既可采用全阵列, ,也可以采用部分阵列分布也可以采用部分阵列分布BGABGA的焊球分布方式如下图所示具体排列已有一系列的的焊球分布方式如下图所示具体排列已有一系列的JEDECJEDEC标准 5.3.1 BGA5.3.1 BGA的焊球分布的焊球分布 BGABGA焊接用的材料目前有多家公司批量生产并对外销售。

美焊接用的材料目前有多家公司批量生产并对外销售美国国AIMAIM公司研制并生产的一种无铅合金焊料公司研制并生产的一种无铅合金焊料——CASTIN——CASTIN系列产品，系列产品，这种焊料可减小焊点的应力，增加焊点强度在电子安装和返这种焊料可减小焊点的应力，增加焊点强度在电子安装和返修中，修中，CASTINCASTIN采用和普通的采用和普通的63%Sn-37%Pb63%Sn-37%Pb焊料同样的设备，在大焊料同样的设备，在大多数操作中，只需作小的工艺参数调整多数操作中，只需作小的工艺参数调整 5.3.2 BGA5.3.2 BGA焊接用材料焊接用材料 AIMAIM公司研制的公司研制的WS475NTWS475NT水溶性焊膏采用特殊方法配制，即水溶性焊膏采用特殊方法配制，即使在热水中无机械清洗的情况下，助焊剂残渣也易于去掉使在热水中无机械清洗的情况下，助焊剂残渣也易于去掉 AIMAIM公司的公司的NC219AXNC219AX免免清洗型助焊剂具有很高的面绝缘电阻清洗型助焊剂具有很高的面绝缘电阻和很好的粘锡性能世界上几家主要公司生产的和很好的粘锡性能世界上几家主要公司生产的BGABGA焊球用焊球用材料材料如下表：如下表： BGABGA安装前需检查安装前需检查BGABGA焊球的共面性以及有无脱落。

焊球的共面性以及有无脱落BGABGA在在PWBPWB上的安装与目前的上的安装与目前的SMTSMT工艺设备和工艺基本兼容安装过程工艺设备和工艺基本兼容安装过程为：将低熔点焊膏用丝网印刷印制到为：将低熔点焊膏用丝网印刷印制到PWBPWB上的焊区阵列上的焊区阵列 → → 用安用安装设备将装设备将BGABGA对准放在印有焊膏的焊区上对准放在印有焊膏的焊区上 → → SMTSMT再流焊 5.3.3 BGA5.3.3 BGA安装与再流焊接安装与再流焊接5.4 CSP.4 CSP的封装的封装技术技术 5.4.1 5.4.1 概述概述 CSPCSP（（Chip Size Package,Chip Size Package,或或Chip Scale PackageChip Scale Package））, ,即芯即芯片尺寸封装目前并无确切定义片尺寸封装目前并无确切定义, ,不同厂商有不同说法不同厂商有不同说法JEDECJEDEC（（联合电子器件工程委员会联合电子器件工程委员会( (美国协会美国协会) )）的）的JSTK-012JSTK-012标准标准规定：规定：LSILSI芯片封装面积小于或等于芯片封装面积小于或等于LSILSI芯片面积的芯片面积的120%120%的产品的产品称为称为CSPCSP。

日本松下电子工业公司将日本松下电子工业公司将LSILSI芯片封装每边的宽度比芯片封装每边的宽度比其芯片大其芯片大1.0mm1.0mm以内的产品称为以内的产品称为CSPCSP这种产品具有以下几个特这种产品具有以下几个特点：点：(1)体积小体积小 CSPCSP是目前体积最小的是目前体积最小的LSILSI芯片封装之一引脚数相同的封芯片封装之一引脚数相同的封装装,CSP,CSP的面积不到的面积不到0.5mm0.5mm节距节距QFPQFP的十分之一的十分之一, ,只有只有BGABGA的三分之的三分之一到十分之一一到十分之一CSPCSP与与BGABGA、、TCPTCP、、QFPQFP的尺寸比较下如图所示的尺寸比较下如图所示(2)可容纳的引脚数最多可容纳的引脚数最多 相同尺寸的相同尺寸的LSILSI芯片的各类封装中，芯片的各类封装中，CSPCSP的引脚最多的引脚最多3)电性能良好电性能良好 CSPCSP内部的布线长度比内部的布线长度比QFPQFP或或BGABGA的布线长度短得多，寄生电的布线长度短得多，寄生电容很小，信号传输延迟时间短，即使时钟频率超过容很小，信号传输延迟时间短，即使时钟频率超过100MHz100MHz的的LSILSI芯片也可以采用芯片也可以采用CSPCSP。

CSPCSP的存取时间比的存取时间比QFPQFP或或BGABGA改善改善15%15%∽∽20%20%，，CSPCSP的开关噪声只有的开关噪声只有DIPDIP的的1/21/2左右4)散热性能良好散热性能良好 大多数大多数CSPCSP都将芯片面向下安装，能从芯片背面散热都将芯片面向下安装，能从芯片背面散热 5.4.2 CSP5.4.2 CSP的主要类别和工艺的主要类别和工艺1. 柔性基板封装柔性基板封装CSP（（FPBGA：：窄节距窄节距BGA）） FPBGAFPBGA（窄节距（窄节距BGABGA）：）：日本日本NECNEC开发，结构如下图所开发，结构如下图所示主要由示主要由LSILSI芯片、载带、芯片、载带、粘接层和金属凸点组成载粘接层和金属凸点组成载带由聚酰亚胺和铜箔组成带由聚酰亚胺和铜箔组成采用共晶焊料采用共晶焊料(63%Sn-37%Pb)(63%Sn-37%Pb)作外部互连电极材料作外部互连电极材料2. 刚性基板刚性基板CSP（（CSTP）） CSTP(Ceramic Substrate Thin PackageCSTP(Ceramic Substrate Thin Package，，陶瓷基板薄型封陶瓷基板薄型封装，又称刚性基板薄型封装）是日本东芝公司开发的一种薄型装，又称刚性基板薄型封装）是日本东芝公司开发的一种薄型封装，基本结构如图所示。

封装，基本结构如图所示 CSTPCSTP主要由主要由LSILSI芯片、芯片、AlAl2 2O O3 3( (或或AlNAlN) )基基板，板，AuAu凸凸点和树脂等构成通过倒点和树脂等构成通过倒装焊、树脂填充和打印等装焊、树脂填充和打印等三步工艺完成三步工艺完成 CSTPCSTP的厚度只有的厚度只有0.5mm0.5mm∽ ∽0.6mm(0.6mm(其中其中LSILSI芯片厚度为芯片厚度为0.3mm,0.3mm,基基板厚度为板厚度为0.2mm),0.2mm),仅为仅为TSOP(TSOP(薄型薄型SOP)SOP)厚度的一半厚度的一半CSTPCSTP的封装的封装效率效率( (即芯片与基板面积之比即芯片与基板面积之比) )高达高达75%75%以上，而同样尺寸的以上，而同样尺寸的TQFPTQFP的封装效率不足的封装效率不足30%30%3. 引线框架式引线框架式CSP（（LOC型型CSP）） LOCLOC（（Lead Over Chip,Lead Over Chip,芯片上引线）型芯片上引线）型CSPCSP是日本富士通公是日本富士通公司开发的一种新型结构，分为司开发的一种新型结构，分为TapeTape（（带式）带式）-LOC-LOC型和型和MF-LOCMF-LOC型型(Multi-frame-LOC,(Multi-frame-LOC,引线框架式引线框架式) )两种形式两种形式, ,基本结构如图所示。

基本结构如图所示 两种形式的两种形式的LOCLOC型型CSPCSP都都是将是将LSILSI芯片安装在引线框芯片安装在引线框架上制作而成芯片面朝架上制作而成芯片面朝下下, ,芯片下面的引线框架仍芯片下面的引线框架仍然作为引脚暴露在该封装然作为引脚暴露在该封装结构外面因此不需制作结构外面因此不需制作工艺复杂的焊料凸点工艺复杂的焊料凸点, ,可实现芯片与外部的互连，其内部布线可实现芯片与外部的互连，其内部布线很短很短, ,仅仅0.1mm0.1mm左右CSP-26CSP-26的电感只有的电感只有TSOP-26TSOP-26的的1/31/3左右左右, ,其其热阻热阻, ,在相同条件下在相同条件下,TSOP-26,TSOP-26为为36℃/W,36℃/W,而而CSP-26CSP-26仅为仅为27℃/W27℃/W4. 焊区阵列焊区阵列CSP（（LGA型型CSP）） LGA(Land Grid Array,LGA(Land Grid Array,焊区阵列焊区阵列) )型型CSPCSP是日本松下是日本松下电子工业公司开发的新型产电子工业公司开发的新型产品品, ,基本结构如图基本结构如图, ,主要由主要由LSILSI芯片、陶瓷载体、填充芯片、陶瓷载体、填充用环氧树脂和导电粘接剂等用环氧树脂和导电粘接剂等组成。

用金丝打球法在芯片组成用金丝打球法在芯片焊区上形成焊区上形成AuAu凸点FCBFCB时，时，在在PCBPCB或其他基板的焊区上或其他基板的焊区上印制导电胶印制导电胶, ,然后将该芯片然后将该芯片的凸点适当加压后的凸点适当加压后, ,对导电对导电胶固化胶固化, ,就完成了芯片与基就完成了芯片与基板的互连板的互连 LGALGA型型CSPCSP的主要特点如下：的主要特点如下： (1)(1)体积小，而引脚节距大体积小，而引脚节距大 QFPQFP的安装面积随引脚数的增加呈平方关系增加，而的安装面积随引脚数的增加呈平方关系增加，而LGALGA型型CSPCSP只是线性增加，因为只是线性增加，因为LGALGA型型CSPCSP的引脚全部置于的引脚全部置于CSPCSP的下面两者的引脚数与组装面积的比较如图所示重量为相同引脚两者的引脚数与组装面积的比较如图所示重量为相同引脚QFPQFP的的1/101/10左右 (2)(2)容易安装容易安装 LGALGA型型CSPCSP尽管体积小，但安装非常方便主要是因为尽管体积小，但安装非常方便主要是因为LGALGA型型CSPCSP的安装精度要求比的安装精度要求比QFPQFP要低得多。

要低得多 (3)(3)散热性能良好散热性能良好 LGALGA型型CSPCSP的背面通过的背面通过 0.1mm 0.1mm 左右的焊膏固定在左右的焊膏固定在PWBPWB上，与上，与QFPQFP相比，容易将热量传导至相比，容易将热量传导至PWBPWB，，同时，因芯片背面裸露，可同时，因芯片背面裸露，可起散热片的作用起散热片的作用 (4)(4)电性能良好电性能良好 LGALGA型型CSPCSP的尺寸很小，的尺寸很小，LSILSI芯片由凸点直接与载体电极互连，芯片由凸点直接与载体电极互连，信号传输路径极短其引脚电感、开关噪声和交叉干扰比信号传输路径极短其引脚电感、开关噪声和交叉干扰比QFPQFP低低得多5. 微小模塑型微小模塑型CSP 日本三菱电机公司开发的微小模塑型日本三菱电机公司开发的微小模塑型CSPCSP结构如图所示主结构如图所示主要由要由LSILSI芯片、模塑的树脂和凸点等构成因无引线框架和焊丝芯片、模塑的树脂和凸点等构成因无引线框架和焊丝等等, ,体积特别小体积特别小 这种结构凸点断面如下图。

这种结构凸点断面如下图LSILSI芯片上的焊区芯片上的焊区通过在芯片上形成的金属布线与凸点实现互连芯片上的金属通过在芯片上形成的金属布线与凸点实现互连芯片上的金属布线可在芯片制作过程中同时形成，所以可制出细线图形作布线可在芯片制作过程中同时形成，所以可制出细线图形作为外引脚的凸点可制作在基片上的任意部位为外引脚的凸点可制作在基片上的任意部位, ,从而易于标准化从而易于标准化 微小模塑型微小模塑型CSPCSP的制作工艺如下：的制作工艺如下： (1)(1)芯片再布线工艺芯片再布线工艺 再布线工艺如图所示再布线工艺如图所示 先在先在LSILSI芯片上制作连芯片上制作连接焊区和外引脚的金属布接焊区和外引脚的金属布线图形线图形, ,制出制出Pb-SnPb-Sn焊料润焊料润湿性良好的底层金属为湿性良好的底层金属为提高润湿性和抗蚀性，已提高润湿性和抗蚀性，已经开发成经开发成TiNTiN-Ni-Au-Ni-Au多层结多层结构的凸点下金属层制出构的凸点下金属层制出聚酰亚胺缓冲层聚酰亚胺缓冲层( (主要为了主要为了缓冲封装树脂的应力缓冲封装树脂的应力) )在聚酰亚胺开口区域采用蒸聚酰亚胺开口区域采用蒸发光刻方法形成发光刻方法形成Pb-SnPb-Sn层层。

 (2)(2)安装工艺安装工艺 CSPCSP的安装工艺主要按如下四步进行（如图所示）：的安装工艺主要按如下四步进行（如图所示）： ①①将上述经再布线的将上述经再布线的LSILSI芯片倒装焊在易于移置金属凸点的芯片倒装焊在易于移置金属凸点的框架上，使之与芯片焊区一一对应；加热加压框架上，使之与芯片焊区一一对应；加热加压, ,Pb-SnPb-Sn熔化后就熔化后就使框架上的金属凸使框架上的金属凸点（一般为点（一般为CuCu））移移置到芯片上，此又置到芯片上，此又称为移置内凸点称为移置内凸点 ②②模塑封装模塑封装 ③ ③脱模并除去脱模并除去毛刺 ④ ④形成外电极形成外电极焊球6. 圆片级芯片尺寸封装圆片级芯片尺寸封装（（WLCSP）） 常规的各类常规的各类CSP,CSP,都是将圆片切割成单个都是将圆片切割成单个ICIC芯片后再实施后芯片后再实施后道封装的；而道封装的；而WLCSPWLCSP则是在圆片前道则是在圆片前道工序完成后工序完成后, ,直接对圆片利直接对圆片利用半导体工艺进行后道封装，再切割分离成单个器件采用此用半导体工艺进行后道封装，再切割分离成单个器件。

采用此种封装，可使其产品直接从制造商转入用户手中，进行全面测种封装，可使其产品直接从制造商转入用户手中，进行全面测试试; ;该技术也适应现有该技术也适应现有SMTSMT设备而且设备而且, ,也解决了优质芯片问题，也解决了优质芯片问题，经封装后的芯片可以像其他任何产品一样进行测试经封装后的芯片可以像其他任何产品一样进行测试7. 其他类型其他类型CSP 由于由于CSPCSP正处于飞速发展阶段，封装种类还有很多，如微型正处于飞速发展阶段，封装种类还有很多，如微型BGABGA（（μμBGABGA）、）、芯片叠层芯片叠层CSPCSP、、QFNQFN型型CSPCSP和和BCCBCC（（Bumping Chip Bumping Chip Carrier)Carrier)等等，只要符合等等，只要符合CSPCSP定义的封装均可称之为定义的封装均可称之为CSPCSP下面下面为一些先进的为一些先进的CSPCSP封装技术封装技术Flip Chip CSP堆叠堆叠 CSPMCM— CSP8. 几种几种CSP互连比较互连比较 几种典型结构几种典型结构CSPCSP的互连情况比较列于的互连情况比较列于P139P139表表5-65-6中。

中5.5 BGA.5 BGA与与CSPCSP的返修技术的返修技术 由于由于BGABGA或或CSPCSP通常是封装通常是封装LSILSI、、VLSIVLSI芯片的，这些芯片往往芯片的，这些芯片往往价格较高，因此价格较高，因此, ,对这类有些封装缺陷的器件应尽可能进行返修，对这类有些封装缺陷的器件应尽可能进行返修，以节约成本以节约成本BGABGA或或CSPCSP的返修工艺一般包括以下几步：的返修工艺一般包括以下几步： (1)(1)确认有缺陷的确认有缺陷的BGABGA器件，做好标记器件，做好标记 (2)(2)预热电路板及有缺陷的预热电路板及有缺陷的BGABGA器件 (3)(3)拆除拆除BGABGA器件 (4)(4)清洁焊区，去掉残余物，修整焊区清洁焊区，去掉残余物，修整焊区 (5)(5)涂覆焊膏及助焊剂涂覆焊膏及助焊剂 (6)(6)安装新器件安装新器件 (7)(7)再流焊 (8)(8)焊接质量检查焊接质量检查 5.5.1 BGA5.5.1 BGA的返修工艺的返修工艺 (1)Air-Vac Engineering(1)Air-Vac Engineering公司公司 型号：型号：DRS24CDRS24C 主要特性主要特性: :光学对准系统；安放精度光学对准系统；安放精度+ +0.0254mm(0.0254mm(+ +0.001in),0.001in),重复精度为重复精度为0.0076mm0.0076mm（（0.0003in0.0003in）。

(2)CAPE(2)CAPE公司公司 型号：型号：Sniper Split Vision Sniper Split Vision 系列返修工作站系列返修工作站 主要特性：适用窄节距主要特性：适用窄节距QFPQFP、、BGABGA、、CSPCSP等；元器件之间不需等；元器件之间不需复杂的调整复杂的调整 (3)OK(3)OK公司公司 型号：型号：FCR-2000FCR-2000型热风聚焦非接触式返修操作系统型热风聚焦非接触式返修操作系统 主要特性：适应窄节距主要特性：适应窄节距QFPQFP、、BGABGA、、CSPCSP等；安装精度在等；安装精度在0.0254mm0.0254mm范围内 5.5.2 5.5.2 返修设备简介返修设备简介5.6 BGA.6 BGA、、CSPCSP与其他封装技术的比较与其他封装技术的比较 如下表所示，综合性能优于其他封装如下表所示，综合性能优于其他封装1. 引脚结构的比较引脚结构的比较 引脚数最多，外形尺寸最小如下图所示引脚数最多，外形尺寸最小如下图所示。

2. 封装尺寸比较封装尺寸比较 如下表所示，相同的外形尺寸，如下表所示，相同的外形尺寸，BGABGA的的I/OI/O数最多，安装密数最多，安装密度最高，易于度最高，易于SMTSMT规模化生产规模化生产3. 各种封装结构的组装密度比较各种封装结构的组装密度比较 BGABGA封装技术使封装技术使SMTSMT工艺得以扩展，更易于表面安装工艺得以扩展，更易于表面安装, ,从而强从而强化了化了SMTSMT的优势BGABGA的的SMTSMT工艺流程如下图所示工艺流程如下图所示4. 工艺流程比较工艺流程比较 经经IBMIBM公司实验室水平、批量生产水平以及工业化大量生产公司实验室水平、批量生产水平以及工业化大量生产的的QFPQFP和和BGABGA表面安装缺陷率比较表面安装缺陷率比较,BGA,BGA缺陷率很低缺陷率很低, ,可生产性更好可生产性更好5. 表面安装缺陷率比较表面安装缺陷率比较 和和BGABGA的焊膏检测相比，窄节距的焊膏检测相比，窄节距QFPQFP在可靠性（在可靠性（EOLEOL））检测时检测时增加了附加成本增加了附加成本QFPQFP普遍采用检测短路普遍采用检测短路/ /开路自动系统，增加开路自动系统，增加生产成本，而生产成本，而BGABGA生产效率高，缺陷率低，生产效率高，缺陷率低，EOLEOL检测通常只限于检测通常只限于对准和定位检测。

对准和定位检测6. 终检终检7. 返修返修 BGABGA的返修费用比的返修费用比QFPQFP大得多原因为：大得多原因为： (1)(1)由于单个的短路或开路缺陷的修复是不可能的，对由于单个的短路或开路缺陷的修复是不可能的，对BGABGA应应整体返修，增加了返修成本整体返修，增加了返修成本 (2)BGA(2)BGA返修比返修比QFPQFP困难，返修可能还要求附加设备投资困难，返修可能还要求附加设备投资 (3)(3)价格低的价格低的BGABGA拆下后通常不再使用，从而增加了返修成本；拆下后通常不再使用，从而增加了返修成本；而一些而一些QFPQFP器件，只要拆卸时足够小心，可以再次使用器件，只要拆卸时足够小心，可以再次使用 BGABGA与与QFPQFP预留焊位差预留焊位差异表现在异表现在I/OI/O引脚数相同引脚数相同时，时，BGABGA比比QFPQFP所需板上所需板上安装面积小及由此带来安装面积小及由此带来板布线密度和综合性能板布线密度和综合性能的优势8. 封装件占据电路封装件占据电路 板面积板面积(预留焊位预留焊位) BGABGA和传统的和传统的SMDSMD返修工艺的异同如下：返修工艺的异同如下： (1)(1)返修返修BGABGA时，要充分预热。

时，要充分预热 (2)BGA(2)BGA和其他引脚和其他引脚SMDSMD的最终预热温度类似，但预热升温速的最终预热温度类似，但预热升温速度不同度不同,BGA,BGA要整体升温后才能使焊球熔化，故要缓慢升温，预要整体升温后才能使焊球熔化，故要缓慢升温，预热曲线较平缓热曲线较平缓 (3)(3)必须同时加热必须同时加热BGA BGA 封装件的所有焊球封装件的所有焊球 PGAPGA、、CBGACBGA与与QFPQFP三种封装技术的性能比较见下表三种封装技术的性能比较见下表10. PGA、、CBGA和和QFP三种封装技术性能比较三种封装技术性能比较 四个因素影响焊点可靠性和表面安装成品率：四个因素影响焊点可靠性和表面安装成品率： 基板焊区焊接性能、元器件引脚焊接性能、元器件引脚共面基板焊区焊接性能、元器件引脚焊接性能、元器件引脚共面性能和焊膏量一般认为，性能和焊膏量一般认为，PWBPWB和元器件的焊接性能对和元器件的焊接性能对BGABGA和和QFPQFP表面安装成本的影响最大。

表面安装成本的影响最大9. 焊点可靠性焊点可靠性 PGAPGA和和CBGACBGA封装在封装在RS-6000RS-6000型计算机中应用的技术经济性能比型计算机中应用的技术经济性能比较见下表较见下表11. PGA、、CBGA封装在封装在RS-6000型计算机中应用的型计算机中应用的 技术经济性能比较技术经济性能比较 不同封装技术采用的引脚节距规范见下表不同封装技术采用的引脚节距规范见下表12. 不同的芯片封装技术采用的引脚节距规范不同的芯片封装技术采用的引脚节距规范5.7 BGA.7 BGA与与CSPCSP的可靠性的可靠性 BGABGA和和CSPCSP封装件在运输过程中受到振动，在工作时受到热封装件在运输过程中受到振动，在工作时受到热应力、机械力的作用，这些因素作用到焊球上，就表现为弯曲应力、机械力的作用，这些因素作用到焊球上，就表现为弯曲和扭曲两种形式当焊球所能承受的作用力超过一定极限时，和扭曲两种形式当焊球所能承受的作用力超过一定极限时，就发生失效现象就发生失效现象 在研究焊点的热循环疲劳时，要区分不同结构之间的区别在研究焊点的热循环疲劳时，要区分不同结构之间的区别。

疲劳取决于封装引脚（焊球）、焊料量、焊球材料和几何形状疲劳取决于封装引脚（焊球）、焊料量、焊球材料和几何形状 封装引脚对封装引脚对BGABGA封装件的性能影响最大焊料的机械性能也封装件的性能影响最大焊料的机械性能也影响组件的热循环寿命影响组件的热循环寿命 5.7.1 5.7.1 概述概述1. 桥连桥连 BGABGA和和CSPCSP在安装焊接时焊球与基板的完好连接至关重要，在安装焊接时焊球与基板的完好连接至关重要，常出现的焊球连接缺陷有如下几种：常出现的焊球连接缺陷有如下几种： 5.7.2 5.7.2 焊球连接缺陷焊球连接缺陷 焊料过量焊料过量，，邻近焊球之邻近焊球之间形成桥连这种缺陷很少，间形成桥连这种缺陷很少，但很严重如右图所示但很严重如右图所示2. 连接不充分连接不充分 焊料太少焊料太少，，不能在焊球不能在焊球和基板之间形成牢固的连接，和基板之间形成牢固的连接，导致早期失效如右图所示导致早期失效如右图所示3. 空洞空洞 沾污及焊膏问题造成空沾污及焊膏问题造成空洞比例较大时，焊球连接洞比例较大时，焊球连接强度弱化。

如右图所示强度弱化如右图所示4. 断开断开 基板过分翘曲，又没有基板过分翘曲，又没有足够的焊料使断开的空隙连足够的焊料使断开的空隙连接起来如右图所示如右图所示5. 浸润性差浸润性差 焊区或焊球的浸润性差，焊区或焊球的浸润性差，造成连接断开焊区浸润性造成连接断开焊区浸润性差使焊料向焊球周边流动，差使焊料向焊球周边流动，而焊球的浸润性差使焊料聚而焊球的浸润性差使焊料聚集于焊区上面积很小的区域集于焊区上面积很小的区域如右图所示如右图所示6. 形成焊料小球形成焊料小球 小的焊料球由再流焊时小的焊料球由再流焊时溅出的焊料形成，是潜在短溅出的焊料形成，是潜在短路缺陷的隐患如右图所示路缺陷的隐患如右图所示7. 误对准误对准 焊球重心不在焊区中焊球重心不在焊区中心BGABGA虽有极强的自对准虽有极强的自对准能力能力, ,但是，在安放时焊球但是，在安放时焊球和焊区之间的误对准（对和焊区之间的误对准（对准偏差超标时）会造成这准偏差超标时）会造成这种缺陷如右图所示如右图所示5.8 BGA.8 BGA与与CSPCSP的生产和应用的生产和应用 目前世界上许多国家都生产、应用目前世界上许多国家都生产、应用BGABGA和和CSPCSP封装件。

封装件 5.8.1 5.8.1 概述概述 BGABGA和和CSPCSP的应用范围越来越广，它对电子整机产品向体积的应用范围越来越广，它对电子整机产品向体积小、重量轻、高可靠性和多功能方向的发展起着举足轻重的作小、重量轻、高可靠性和多功能方向的发展起着举足轻重的作用；特别是对便携式电子信息产品的研发与生产，其促进作用用；特别是对便携式电子信息产品的研发与生产，其促进作用更为突出更为突出 目前，工作站的制造商如目前，工作站的制造商如HPHP、、IBMIBM、、SiliconSilicon和和Sun Sun MicrosystemsMicrosystems均均销售带有销售带有BGABGA的系统，是高的系统，是高I/OI/O数封装数封装——TBGA——TBGA、、PBGAPBGA、、CBGACBGA的主要用户的主要用户 在数字摄录一体机、手持、笔记本电脑和存储卡等产在数字摄录一体机、手持、笔记本电脑和存储卡等产品中，还有数字信号处理器（品中，还有数字信号处理器（DSPDSP）、）、专用集成电路（专用集成电路（ASICASIC）和）和微微控制器正采用控制器正采用CSPCSP封封装。

此外，装此外，CSPCSP在在动态随机存取存储器动态随机存取存储器（（DRAMDRAM）和快闪）和快闪存储器方面的应用也日益增多存储器方面的应用也日益增多P155P155表表5-155-15列列出了出了BGABGA和和CSPCSP封装件的应用范围封装件的应用范围 5.8.2 5.8.2 典型应用实例介绍典型应用实例介绍1. CSP在手持在手持中的应用中的应用 SharpSharp公司于公司于19961996年年8 8月开始批量生产月开始批量生产CSPCSP封装产品，主要用封装产品，主要用于便携式电子产品于便携式电子产品, ,如手持、掌上电脑、数码相机等如手持、掌上电脑、数码相机等P156P156表表5-165-16为为SharpSharp公司公司CSPCSP封装系列产品参数，表封装系列产品参数，表5-175-17为手持为手持采用采用CSPCSP后的效果后的效果 下图为下图为SharpSharp公司公司CSPCSP封装产品结构由于将封装产品结构由于将CSPCSP用于手持电用于手持，可以采用积木话，可以采用积木 式式( (叠片式叠片式) )多层基多层基 板，使板尺寸减小板，使板尺寸减小 约约35%,35%,并使产品的并使产品的 体积和重量减小体积和重量减小 30%30%∽ ∽44%44%。

2. TBGA在在笔记本电脑中的应用笔记本电脑中的应用 ToshibaToshiba公司将公司将BGABGA技术用于技术用于LibrettoLibretto系列笔记本电脑中系列笔记本电脑中其中，其中，LibrettoLibretto中的中的ASICASIC采用采用40mm40mm见方、见方、576576个引脚的个引脚的TBGATBGA封装；封装；在其他型号的笔记本电脑中，采用在其他型号的笔记本电脑中，采用35mm35mm见方、见方、480480个引脚的个引脚的TBGATBGA下图为下图为ToshibaToshiba公司的公司的TBGATBGA结构。