早在20世紀90年代,電子產品就已朝著便攜性,小型化,網絡化和多媒體方向發展,所有這些都對電子組裝技術提出了相應的要求:
?每單位體積的信息量改進,即高密度;
?每單位時間處理速度提高,即速度更快。
為了滿足上述要求,電路組件的功能密度必須是改進,這成為鼓勵電子元件封裝技術進一步發展的必要因素。
隨著封裝尺寸縮小,此后相互連接效率提高。連接效率是指芯片的最大尺寸與封裝尺寸之間的比率。在20世紀90年代初,PQFP(塑料四方扁平封裝)的連接效率最高可達0.3。然后,CSP(芯片級封裝)的連接比率高達0.8至0.9。到目前為止,最新一代封裝的連接比率高于COB(板上芯片),這相當于FC(倒裝芯片)封裝。
將來,包裝技術將朝著以下趨勢發展:
?部分CSP將成為標準化和批量生產;
?CSP工業將建立一些基礎工業,包括材料,裝配,測試和車載裝配等;
?FC封裝技術和相應的基礎工業將得到進一步發展;
?WLCSP(晶圓級芯片規模封裝)將與相應的行業起飛。
引腳從外圍拉伸到陣列
數十年來,組件封裝技術不斷發展,與IC的進步兼容(集成電路) )。任何一代IC都需要一定代封裝技術,SMT(表面貼裝技術)的進步將元件封裝技術推向了一個新的高度。在60年代或70年代應用的中小型IC在很大程度上取決于TO(晶體管輪廓)封裝,然后開發出DIP(雙列直插式封裝)和PDIP(塑料雙列直插式),后來發揮領先作用在那段時間里的作用。
隨著20世紀80年代SMT的出現,IC封裝首選LCC(無鉛陶瓷載體),PLCC(塑料無鉛陶瓷載體)和SOP(小外形封裝),因為它們是更符合SMT要求短引線或無引線。然后,經過數十年的研究和開發,QFP(四方扁平封裝)不僅得到了LSI封裝所擁有的封裝問題,而且在PCB(印刷電路板)上的SMT組裝也順利進行。上面提到的關于QFP的所有優點使其在使用SMT的電子產品中占據突出地位,直到今天仍然如此。 QFP引線在四個側面上表現得像鷗翼,包含比SOP更多的I/O引腳,僅包括兩側的鷗翼引線。為了更加兼容電子組裝密度的進一步發展,QFP的引腳間距從1.27mm發展到0.3mm,進一步提高了I/O引腳數和封裝體積。結果,電子組裝產生了更多的困難,導致合格率降低和組裝成本提高。此外,由于元件引線框架制造精度的制造技術的限制,0.3mm已成為QFP引線間距的極限,這極大地阻止了組裝密度的上升。因此,可以預見到QFP的進展已經結束。因此,人們開始尋找其他類型的包,例如BGA(球柵陣列)。 BGA封裝的I/O引腳以陣列形式作為球或列分布在封裝下。此外,BGA封裝具有大的引線間距和短引線,這有利于解決由細間距元件中的引線引起的共面性和翹曲問題。 BGA技術的優勢在于其I/O引腳數和間距增加的能力,這進一步解決了QFP技術擁有的高I/O引腳數導致的高成本和低可靠性問題。
BGA的出現可以看作是封裝技術的突破,因為它不僅能夠包含更多的I/O引腳,而且可以設計成雙層或多層以符合IC的功能同樣。因此,它能夠優化電阻器,將兩個或多個芯片放置在同一基板上進行互連,然后封裝在同一個外殼中,即MCM(多芯片模塊)。如果使用FC技術,則連接不需要金屬線的參與。因此,有利于提高IC運行速度,降低復雜度和功耗。
BGA的開發
BGA是表面陣列封裝類型適用于SMT。 20世紀60年代看到了BGA的研究,而其實用的應用在1989年之后起飛。由于塑料包裝是由摩托羅拉和Citizen在1989年開發的,因此大大鼓勵了BGA的開發和應用。 1991年,PBGA(塑料球柵陣列)采用樹脂基板開發,適用于無線電發射接收器和計算機。 1993年,PBGA開始在市場上曝光,為其務實的國家做好準備。早在1995年,BGA封裝就開始被廣泛應用。到目前為止,PBGA組件主要應用于電信產品,遠程通信設備,計算機系統和工作站。
在BGA封裝的所有優點中,關鍵在于其應用焊球的陣列分布,使其在引腳之間具有大的間距,這極大地提高了組裝性能。因此,可以開發和應用BGA封裝。然而,PBGA也存在一些問題。例如,塑料包裝往往會吸收濕氣;基板往往會翹曲;焊接后,所有類型的BGA元件都難以檢查和返工。所有提到的問題都使得BGA封裝在極端環境中應用后面臨可靠性挑戰。但是,這些問題已在一定程度上得到解決。例如,CBGA(陶瓷球柵陣列)有助于防止濕度吸收問題; TBGA(帶式球柵陣列)也可以防止濕度吸收問題,并且被認為是具有大量I/O引腳和高性能的低成本封裝。現在已經開發了許多類型的BGA組件并且克服了技術問題,早在1998年就開始廣泛應用BGA.QFP首先被選擇用于I/O引腳的應用,其數量低于200而BGA首次被選中適用于數量超過200的I/O引腳的應用。
BGA和FC的綁定
BGA封裝的綁定和FC技術具有以下優勢:?I/O引腳數可以非常高(1,000到2,000),并且可以為許多I/O引腳調用高級MCM;
?可以減少寄生電參數和阻抗串擾可以減少5到10倍;
?金屬線焊接時間可以縮短。
?更高的散熱性能;
?尺寸更小。
CSP
雖然BGA的蓬勃發展成功解決了QFP必須面對的困難,但BGA封裝仍然不能完全滿足要求電子產品朝著小型化,多功能或更高可靠性的方向發展,不能進一步滿足提高封裝效率或達到固有傳輸速率的要求。結果,CSP進入了舞臺。
與BGA具有相同的結構,CSP和BGA之間的區別在于其較小的焊球直徑,更細的間距和更薄,因此更多I/O引腳可在同一封裝區域內使用,即組裝密度增加。換句話說,CSP是BGA的一個小版本。
到目前為止,最流行的CSP是WLCSP,具有以下優點:?晶圓和WLCSP組件均可在同一生產線上生產,生產計劃和生產實施可以優化;?硅制造技術及更高版本包裝測試可以在同一個地方進行,自動化的晶圓制造水平得到提高;?可以降低測試成本和投資成本;?可以優化物流工作。
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