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BGA芯片封裝凸點(diǎn)工藝:技術(shù)詳解與未來(lái)趨勢(shì)

北京中科同志科技股份有限公司 ? 2024-11-28 13:11 ? 次閱讀
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隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展,芯片封裝技術(shù)也在不斷進(jìn)步,以適應(yīng)日益增長(zhǎng)的微型化、多功能化和高集成化的需求。其中,球柵陣列封裝(BGA)作為一種先進(jìn)的封裝技術(shù),憑借其硅片利用率高、互連路徑短、信號(hào)傳輸延時(shí)短以及寄生參數(shù)小等優(yōu)點(diǎn),迅速成為當(dāng)今中高端芯片封裝領(lǐng)域的主流。在BGA芯片封裝中,凸點(diǎn)制作工藝是至關(guān)重要的一環(huán),它不僅關(guān)系到封裝的可靠性和性能,還直接影響到封裝的生產(chǎn)效率和成本。本文將詳細(xì)介紹BGA芯片封裝上的凸點(diǎn)制作工藝,包括其特點(diǎn)、常見(jiàn)方法、工藝流程以及發(fā)展趨勢(shì)。

一、凸點(diǎn)制作工藝的特點(diǎn)

凸點(diǎn)制作工藝在BGA芯片封裝中起著電互連、熱傳遞和機(jī)械支撐等重要作用。凸點(diǎn)通常位于芯片的有源電極上,與封裝基板上的電極直接連接,形成最短的電路路徑,從而減小電阻、電感,提高信號(hào)傳輸速度和質(zhì)量。此外,凸點(diǎn)還可以作為散熱通道,將芯片產(chǎn)生的熱量傳遞到封裝基板或其他組件上,提高芯片的散熱性能。

在BGA芯片封裝中,凸點(diǎn)制作工藝具有以下特點(diǎn):

高精度:凸點(diǎn)的尺寸和位置精度對(duì)封裝的可靠性至關(guān)重要。因此,凸點(diǎn)制作工藝需要具備高精度的設(shè)備和技術(shù),以確保凸點(diǎn)的尺寸和位置符合設(shè)計(jì)要求。

高可靠性:凸點(diǎn)作為電互連和機(jī)械支撐的關(guān)鍵部分,其可靠性直接影響到封裝的整體性能。凸點(diǎn)制作工藝需要確保凸點(diǎn)與芯片電極、封裝基板電極之間的連接牢固可靠,能夠承受封裝和使用過(guò)程中的各種應(yīng)力和環(huán)境變化。

高效率:隨著電子產(chǎn)品市場(chǎng)的快速發(fā)展,對(duì)封裝生產(chǎn)效率的要求也越來(lái)越高。凸點(diǎn)制作工藝需要具備高效、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn),以提高封裝生產(chǎn)線的產(chǎn)能和降低生產(chǎn)成本。

二、常見(jiàn)的凸點(diǎn)制作方法

在BGA芯片封裝中,凸點(diǎn)制作方法多種多樣,主要包括電鍍、印刷、植球、激光重熔等。下面將詳細(xì)介紹這些常見(jiàn)的凸點(diǎn)制作方法。

電鍍法

電鍍法是一種通過(guò)電化學(xué)沉積在芯片電極上形成凸點(diǎn)的方法。其工藝流程通常包括以下幾個(gè)步驟:

UBM制備:在芯片電極上沉積一層凸點(diǎn)下金屬化層(UBM),以提高凸點(diǎn)與芯片電極之間的黏附性和防止金屬間化合物的生成。

光刻膠涂覆與曝光:在UBM上涂覆一層光刻膠,并通過(guò)曝光和顯影形成凸點(diǎn)的圖形。

電鍍:將芯片放入電鍍槽中,通過(guò)控制電鍍電流和時(shí)間,在光刻膠開(kāi)窗圖形的底部開(kāi)始生長(zhǎng)并得到一定厚度的金屬層作為凸點(diǎn)。

光刻膠去除與回流:去除多余的光刻膠,并通過(guò)回流工藝使凸點(diǎn)形成球狀。

電鍍法具有成本效益好、良率高、速度快且凸點(diǎn)密度高的優(yōu)點(diǎn),特別適用于極細(xì)節(jié)距凸點(diǎn)的制作。然而,電鍍法也存在設(shè)備投入大、成本高以及工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。

印刷法

印刷法是一種通過(guò)涂刷器和網(wǎng)板將錫膏涂刷在芯片電極上形成凸點(diǎn)的方法。其工藝流程通常包括以下幾個(gè)步驟:

UBM制備:在芯片電極上沉積一層UBM。

錫膏絲網(wǎng)印刷:通過(guò)涂刷器和網(wǎng)板將錫膏涂刷在芯片電極上形成凸點(diǎn)圖形。

錫膏回流:對(duì)芯片進(jìn)行加熱回流,使錫膏熔化形成凸點(diǎn)。

焊盤清洗:清洗焊盤上的殘留物。

印刷法具有成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn),特別適用于間距為200~400μm的焊盤。然而,在節(jié)距小于150μm的高密度互連中,印刷法面臨較大的挑戰(zhàn),如助焊劑容易橋接、回流后焊料容易橋接等問(wèn)題。

植球法

植球法是一種通過(guò)專用設(shè)備將預(yù)成型精密焊球放置在芯片電極上形成凸點(diǎn)的方法。其工藝流程通常包括以下幾個(gè)步驟:

UBM制備:在芯片電極上沉積一層UBM。

助焊劑涂覆:在芯片電極上涂刷黏性助焊劑。

焊球放置:通過(guò)專用設(shè)備將預(yù)成型精密焊球放置在芯片電極上。

加熱回流:對(duì)芯片進(jìn)行加熱回流,使焊球熔化形成凸點(diǎn)。

植球法具有簡(jiǎn)單快捷、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn),可靈活應(yīng)用于不同尺寸和材料的焊球。然而,植球法對(duì)焊球的一致性要求較高,且對(duì)助焊劑和回流溫度設(shè)定的依賴度較高。

激光重熔法

激光重熔法是一種通過(guò)激光束將預(yù)置在芯片電極上的釬料合金熔化形成凸點(diǎn)的方法。其工藝流程通常包括以下幾個(gè)步驟:

釬料預(yù)置:在芯片電極上預(yù)置釬料合金。

激光重熔:通過(guò)激光束將釬料合金熔化形成凸點(diǎn)。

回流與冷卻:對(duì)芯片進(jìn)行加熱回流和冷卻處理,使凸點(diǎn)形成穩(wěn)定的球狀。

激光重熔法具有局部加熱、熱影響區(qū)小、凸點(diǎn)一致性好等優(yōu)點(diǎn),特別適用于BGA封裝釬料凸點(diǎn)的補(bǔ)修和精確控制。然而,激光重熔法也存在設(shè)備成本高、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。

三、凸點(diǎn)制作的工藝流程

凸點(diǎn)制作的工藝流程因方法而異,但總體上可以歸納為以下幾個(gè)步驟:

芯片準(zhǔn)備:對(duì)芯片進(jìn)行清洗、烘干等預(yù)處理工作,確保芯片表面干凈無(wú)雜質(zhì)。

UBM制備:在芯片電極上沉積一層UBM,以提高凸點(diǎn)與芯片電極之間的黏附性和防止金屬間化合物的生成。UBM的制備方法主要有濺射、蒸鍍、電鍍等。

凸點(diǎn)形成:根據(jù)所選的凸點(diǎn)制作方法,在芯片電極上形成凸點(diǎn)。這一步是凸點(diǎn)制作工藝的核心部分,需要精確控制凸點(diǎn)的尺寸、位置和形狀。

回流與冷卻:對(duì)芯片進(jìn)行加熱回流和冷卻處理,使凸點(diǎn)形成穩(wěn)定的球狀?;亓鳒囟群蜁r(shí)間需要根據(jù)所選的釬料合金和芯片材料進(jìn)行調(diào)整。

檢查與測(cè)試:對(duì)形成的凸點(diǎn)進(jìn)行檢查和測(cè)試,確保其尺寸、位置和形狀符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)還需要對(duì)凸點(diǎn)的可靠性進(jìn)行測(cè)試,以確保封裝的整體性能。

四、凸點(diǎn)制作工藝的發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展,芯片封裝技術(shù)也在不斷進(jìn)步。凸點(diǎn)制作工藝作為芯片封裝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

高精度與高密度:隨著芯片引腳數(shù)的增加和封裝尺寸的減小,對(duì)凸點(diǎn)制作工藝的精度和密度要求也越來(lái)越高。未來(lái)凸點(diǎn)制作工藝將更加注重高精度和高密度的實(shí)現(xiàn)。

綠色制造:隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和法規(guī)政策的推動(dòng),綠色制造已成為芯片封裝技術(shù)的重要發(fā)展方向。凸點(diǎn)制作工藝需要采用環(huán)保材料、減少化學(xué)污染和廢棄物產(chǎn)生等措施,以實(shí)現(xiàn)綠色制造的目標(biāo)。

自動(dòng)化與智能化:為了提高生產(chǎn)效率和降低成本,凸點(diǎn)制作工藝將更加注重自動(dòng)化和智能化的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)引入先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備和智能控制系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)制作過(guò)程的自動(dòng)化控制和智能監(jiān)控。

新材料與新工藝:隨著新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn),凸點(diǎn)制作工藝也將不斷創(chuàng)新和發(fā)展。例如,采用新型釬料合金、開(kāi)發(fā)新型UBM材料、引入先進(jìn)的激光重熔技術(shù)等,都可以提高凸點(diǎn)制作的質(zhì)量和效率。

五、結(jié)論

凸點(diǎn)制作工藝在BGA芯片封裝中起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)選擇合適的凸點(diǎn)制作方法和工藝流程,可以確保凸點(diǎn)的尺寸、位置和形狀符合設(shè)計(jì)要求,從而提高封裝的可靠性和性能。未來(lái),隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化,凸點(diǎn)制作工藝將更加注重高精度、高密度、綠色制造、自動(dòng)化與智能化以及新材料與新工藝的應(yīng)用和創(chuàng)新發(fā)展。

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