 球栅阵列封装（BGA封装）是将裸芯片安装在不同材料的多层基板载体顶部表面形成的，根据基板材料的不同主要分为塑封BGA（PBGA）和陶瓷BGA（CBGA）。本文主要就这两种封装类型，研究植球过程对BGA封装器件本体的影响。1 BGA芯片封装形式 1.1 PBGA封装 采用塑料材料和塑料工艺制作，基板类型为PCB基板材料（BT树脂／玻璃层压板），裸芯片经过粘接连接到基板顶部及引脚框架后，采用注塑成型方法实现整体塑模。焊球材料通常为63Sn37Pb焊料合金或者无铅焊球（如图1）。  1.2 CBGA封装 CBGA是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形成的，CBGA采用的是多层陶瓷布线基板，焊球材料通常为高熔点90Pb10Sn焊料合金。 PC755BMGU350LE属于CBGA封装，基板材料为陶瓷，内部的硅晶圆采用倒装形式与基板相连接，芯片与键合区域通常采用灌封胶密封保护，焊球材料为10Sn90Pb。PC755BMGU350LE采用紫色陶瓷基板，CTE约为7ppm／cc。 2 植球工艺影响分析 2.1 现有植球工艺 BGA植球过程中，主要涉及六个环节：①先进行除锡；②用酒精棉球将器件上的残留助焊剂擦洗干净，检查焊盘清洁度；③准备与芯片相匹配的植球工装及锡膏；④锡膏印刷， 锡膏印刷要求均匀，无桥连、漏印缺陷；⑤漏球，选择合适的焊球，双手端起植球器，轻轻晃动使焊球进入植球网板开孔；⑥焊接。 2.2 现有植球工艺对PBGA的影响 PBGA基板材质通常为环氧树脂，BGA植球目的是对无铅焊球有铅化以此保证焊点的可靠性。根据现有的工艺参数，环氧树脂（基板材质）的热膨胀系数相比陶瓷较高，在受到热冲击时，基板材料不会开裂。统计目前的典型无铅PBGA型号植球后质量，均未发现开裂现象。通过数据也能够说明目前植球操作工艺方法对于PBGA器件无影响。 2.3 现有植球工艺对CBGA的影响 CBGA是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形成的，CBGA采用的是多层陶瓷布线基板，焊球为90Pb10Sn焊料。为保证焊点的高可靠性，需要将90Pb10Sn高铅球重新植63Sn37Pb焊球。由于除球过程中操作手法不同而无法快速对无铅焊料进行除球工作，因此针对不同型号的CBGA进行影响性分析。 2.3.1 CBGA陶瓷基板的影响 CBGA陶瓷按基板材料可分为高温瓷材料与低温瓷材料。从外观判断，高温瓷材料呈现灰紫色，低温瓷材料呈现绿色。采用紫色陶瓷基板，其CTE约为7ppm／cc。根据仿真结果，对比普通HTCC陶瓷与HITCE陶瓷基板的应力，结果为HTCC陶瓷基板材料的热匹配性差，陶瓷基板热应力大于材料的抗拉强度，有开裂风险，CBGA芯片主要两种封装形式的对比，如表1。  烙铁与陶瓷基板接触过程中，由于温度的传导，陶瓷基板产生的内应力，对比普通陶瓷和HITCE陶瓷基板的应力，见表2。    如图2所示，烙铁与陶瓷基板接触0.14s时，应力达到最大值427MPa。随后应力逐渐降低，到10s时，应力为167MPa。氧化铝陶瓷抗拉强度≥199MPa，从曲线可看出，当陶瓷基板受热时间小于5s时，陶瓷基板热应力大于材料的抗拉强度，有开裂风险。受热时间大于5s时，陶瓷基板热应力小于材料的抗拉强度。  如图3所示，烙铁与陶瓷基板接触0.14s时，应力达到最大值98MPa。随后应力逐渐降低，到10s时，应力为28MPa。氧化铝陶瓷抗拉强度≥199MPa，此过程陶瓷基板应力满足强度要求。根据上述分析，说明目前植球操作工艺方法对于LTCC陶瓷器件开裂风险小。  2.3.2 CBGA陶瓷基板厚度的影响 CBGA（HTCC）0.89mm器件，包括TSPC750AMGB／T12LH，SM91C142B，PC755BMGU350LE，PC755CMGH400LE四种，根据四种不同基板厚度进行仿真，其受到的应力见表3。  基板越厚，其0.14s的最大应力越小，但后续时间应力较大。由于最大应力发生在刚开始接触的0.14s，因此基板越薄，开裂风险越大。根据上述分析，说明SM91C142B开裂风险小。 3 结论 根据上述分析，CBGA型号为PC755BMGU400LE、TSPC750AMGB／T12LH两种芯片，与PC755BMGU350LE封装形式、陶瓷基体、内部结构基本类似，也存在植球后失效的风险。但是根据数据反映，除PC755BMGU350LE大规模出现失效外，TSPC750AMGB／T12LH、PC755BMGU400LE跟踪使用情况后，未发生大量失效问题。 |
