20050413_BGA制程介绍
BGA的优点与结构及制造流程
BGA的优点与结构及制造流程BGA（Ball Grid Array）是一种集成电路封装技术，具有以下几个优点：1.高集成度：BGA封装技术可以实现高集成度的电路封装，可以集成更多的功能单元和器件，提高电路板的性能和功能。
2.优良的散热性能：BGA封装的芯片与电路板之间采用多个导热球连接，导热性能优于传统的封装技术，能够更好地散热，提高设备的工作稳定性，延长使用寿命。
3.高密度连接：BGA封装的芯片与电路板之间的连接是通过多个焊点球来实现的，焊点球较小且较密集，可以实现更高的连接密度，更好地满足高速传输和高性能需求。
4.优良的电气性能：BGA封装技术可以提供更短的电连接长度和更低的电阻值，提高电路的电气性能，减少信号传输的干扰和损耗。
BGA封装的结构一般包括芯片、基板和焊点球三个主要部分：1.芯片：芯片是BGA封装的核心部分，芯片通常以裸片的形式放置在基板上，裸片上会有多个引脚用于与基板进行电连接。
2.基板：基板是BGA封装的主要支撑物，其上有多个金属层和层间绝缘层。
基板上不仅布满了与芯片引脚对应的通孔和线路，还有用于与其他器件连接的引脚。
3.焊点球：焊点球是BGA封装的重要组成部分，通常由锡合金制成，焊点球承担起芯片和基板之间的连接和传输电信号的作用。
焊点球分布在基板上与芯片引脚相对应的位置。
BGA封装的制造流程主要包括以下几个步骤：1.基板制备：选择适当的基板，进行表面处理并制造多层金属层和层间绝缘层。
2.焊点球制备：通过真空吸锡等方法，在基板上预先布置焊点球，焊点球的形状和尺寸要与芯片引脚相对应。
3.芯片粘贴：将芯片以封装前的形式粘贴在基板上，保持良好的定位和连接。
4.焊接：将基板与芯片加热至合适温度，使焊点球熔化并与芯片引脚和基板相连接，焊接完成后冷却固化。
5.检测：进行BGA焊接良好性、焊点位置和按压试验等测试，保证焊接质量和稳定性。
6.完成封装：将已焊接和测试完成的芯片和基板封装成整体，以保护芯片和电路结构。
BGA 介绍
常用錫膏合金成份及融解溫度
• Eutectic: Sn63 / Pb37
• w / Silver: Sn62 / Pb36 / Ag2 • No Lead: Sn96.5 / Ag3.5
Tmelt = 183o C
Tmelt = 179o C Tmelt = 221o C
DELTA NETWORKS
MSD的儲存條件
1.真空包裝 — 溫度25± 5˚C 濕度55± 5%RH 2.非真空包裝 — 溫度25± 5˚C 濕度30%RH
DELTA NETWORKS
DELTA NETWORKS
DELTA NETWORKS
DELTA NETWORKS
BGA----烘烤
• 包裝形式 • Tray Tape/Tube 濕度 125 ˚± 5˚C 40± 5˚C 時間 24小時 192小時
BGA 簡介 & 特性分析
SMT Technology Spread
DELTA NETWORKS
BGA
• 何謂BGA ? 其構造如何 ?
為面陣列構裝(area array packaging)之產品 率先問世之 BGA 為 Motorola OMPAC(1990)
BGA簡介
Fig 1.1 A cross-section of a PBGA
CCGA
DELTA NETWORKS
BGA ---Surface Mount Component
DELTA NETWORKS
BGA ---Surface Mount Component
DELTA NETWORKS
BGA
• 為何要使用BGA而非QFP ?優劣如何?
《BGA技术简介》PPT课件
5
精确? KME径直的涨潮传送系统保证那涨潮是放总是在各自的球.的中心它防止球mis-队列 由于mis-排列涨潮沉积作用同样地是可能的有全部的其他的涨潮请求方法这样的 asscreen打印, 分发, 和邮票钉传送.表面张力的mis-排列涨潮拉焊接剂球到什么地方涨 潮是即使球是放置精确地在填充.dd
9
血浆清洁的为了薄的黄金CSP底层?
0.15% 黄金的在焊接剂球减少剪力在40%? 黄金扩散是致命的? 在典型的BGA和CSP底层, 金属丝结合填充是黄金镀金的为了改善结合可靠性.? 这样 的电镀也窗体在底层.的底边? 黄金散播到焊接剂球过去.? 图表在底左边的表示如何 黄金扩散降级剪焊接剂球.的力? 它表示那如果焊接剂球包含0.15黄金的重量百分比, 剪力减少在40% 最初的力.的
?
20±2毫英寸24±2毫英寸
24±2
28±2
毫英寸毫英寸
BGA填充相對尺寸
?
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2.BGA 內部 T/H與線路规划設計
BGA填充T/H
? ? ?
? ? ?? BGA填充區域內線路
20mil 以上
1.除 BGA填充外,其餘BGA填充 规 划 區 域 之 線 路 及 T/H 皆 需 防 焊 2 . ? T/H 位 置 需 置 於 相 鄰 四 個 BGA填充中心,或距最近BGA填 充
b.拆封時須填寫拆封日期及使用期限如下表表格:(稽核時需隨時注 意用剩是否有貼期限標籤及填寫記錄詳實)
BGA 技术简介
BGA 技术简介1 BGA 技术简介BGA技术的研究始于60年代，最早被美国IBM公司采用，但一直到90年代初，BGA 才真正进入实用化的阶段。
在80年代，人们对电子电路小型化和I/O引线数提出了更高的要求。
虽然SMT使电路组装具有轻、薄、短、小的特点，对于具有高引线数的精细间距器件的引线间距以及引线共平面度也提出了更为严格的要求，但是由于受到加工精度、可生产性、成本和组装工艺的制约，一般认为QFP(Quad Flat Pack 方型扁平封装)器件间距的极限为0.3mm，这就大大限制了高密度组装的发展。
另外，由于精细间距QFP器件对组装工艺要求严格，使其应用受到了限制，为此美国一些公司就把注意力放在开发和应用比QFP器件更优越的BGA器件上。
精细间距器件的局限性在于细引线易弯曲、质脆而易断，对于引线间的共平面度和贴装精度的要求很高。
BGA技术采用的是一种全新的设计思维方式，它采用将圆型或者柱状点隐藏在封装下面的结构，引线间距大、引线长度短。
这样，BGA就消除了精细间距器件中由于引线问题而引起的共平面度和翘曲的问题。
JEDEC(电子器件工程联合会)(JC-11)的工业部门制定了BGA封装的物理标准，BGA与QFD相比的最大优点是I/O引线间距大，已注册的引线间距有1.0、1.27和1.5mm，而且目前正在推荐由1.27mm和1. 5mm间距的BGA取代0.4mm-0.5mm的精细间距器件。
BGA器件的结构可按焊点形状分为两类：球形焊点和校状焊点。
球形焊点包括陶瓷球栅阵列CBGA(C eramic Ball Grid Array)、载带自动键合球栅阵列TBGA(Tape Automatec Ball Grid Array)塑料球栅阵列P BGA(Plastic Ball Array)。
CBGA、TBGA和PBGA是按封装方式的不同而划分的。
柱形焊点称为CCGA(Ce ramic Column Grid Array)。
BGA简介
BGA器件及其焊点的质量控制随着科学技术的不断发展，现代社会与电子技术息息相关，超小型移动电话、超小型步话机、便携式计算机、存储器、硬盘驱动器、光盘驱动器、高清晰度电视机等都对产品的小型化、轻型化提出了苛刻的要求。
要达到达一目标，就必须在生产工艺、元器件方面着手进行深入研究。
SMT(Surface Mount Technology 表面安装)技术顺应了这一潮流，为实现电子产品的轻、薄、短、小打下了基础。
SMT技术进入90年代以来，走向了成熟的阶段，但随着电子产品向便据式／小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展，对电子组装技术提出了更高的要求，新的高密度组装技术不断涌现，其中BGA(Ball Grid Array 球栅阵列封装)就是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技术。
本文试图就BGA器件的组装特点以及焊点的质量控制作一介绍。
1 BGA 技术简介BGA技术的研究始于60年代，最早被美国IBM公司采用，但一直到90年代初，BGA 才真正进入实用化的阶段。
在80年代，人们对电子电路小型化和I/O引线数提出了更高的要求。
虽然SMT使电路组装具有轻、薄、短、小的特点，对于具有高引线数的精细间距器件的引线间距以及引线共平面度也提出了更为严格的要求，但是由于受到加工精度、可生产性、成本和组装工艺的制约，一般认为QFP(Quad Flat Pack 方型扁平封装)器件间距的极限为0.3mm，这就大大限制了高密度组装的发展。
另外，由于精细间距QFP器件对组装工艺要求严格，使其应用受到了限制，为此美国一些公司就把注意力放在开发和应用比QFP器件更优越的BGA器件上。
精细间距器件的局限性在于细引线易弯曲、质脆而易断，对于引线间的共平面度和贴装精度的要求很高。
BGA技术采用的是一种全新的设计思维方式，它采用将圆型或者柱状点隐藏在封装下面的结构，引线间距大、引线长度短。
这样，BGA就消除了精细间距器件中由于引线问题而引起的共平面度和翘曲的问题。
BGA封装技术介绍ppt课件
前处理 压掩膜 上底片 曝光 显影
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水洗 蚀刻 水洗 酸洗 剥膜 水洗
Mylar
压掩膜、上底片、曝光 显影
23
UV 底片 掩膜 Copper BT
掩膜 Copper BT
蚀刻 剥膜
24
掩膜 Copper BT
Copper BT
前处理
油墨+硬化剂 阻焊膜 (Solder Mask)
网印
Pre - cure
• 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：粘接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：用填有石英粉的环氧树脂模塑料进行模塑 包封，以保护芯片、焊接线和焊盘；
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BGA封装工艺流程
• 装配焊料球/回流焊：固化之后，使用特殊设计的吸拾 工具（焊球自动拾放机）将浸有焊剂的熔点为183℃、直 径为30mil（0.75mm）的焊料球Sn62Pb36Ag2或 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（最高加工温度不能够超过230℃），焊 球与镀Ni-Au的基板焊区焊接。
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PBGA特点 制作成本低，性价比高 焊球参与再流焊点形成，共面度要求宽松 与环氧树脂基板热匹配性好、装配至PCB时质量 高、性能好 对潮气敏感，PoPCorn effect严重，可靠性存 在隐患，且封装高度之QFP高也是一技术挑战。
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CBGA 是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形
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真空吸盘
真空吸球
滴助焊剂
放球
N2气中回流
助焊剂滴涂和置球机 氮气再流焊炉 助焊剂清洗、分离、打标机
BGA基板制程简介ppt课件
Red color: drill Green color: via land Via lands are often covered with drills.
2021/8/4
精选课件ppt制程简介
7
BGA基板名词解释
signal trace
Plating trace
The trace that connects finger to via land are called trace or signal trace
Deburr
绿漆
镀Ni/Au
成型
O/S电测
FVI/AVI
镀铜 包裝
塞孔 出货
工作设备
• 日立数控机械钻孔机
• 钻孔站的主要设备，机台根据钻孔程序所提供的坐标， 在基板的指定位置上使用指定直径的钻针钻孔。
2021/8/4
精选课件ppt制程简介
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发料烘烤 线路形成
线路形成(內层) AOI自动光学检测
• PP胶片：将玻纤布含浸树脂后烘干形成半固化胶片 （B-stage），在压合的高温下其会融化成黏状流体再 慢慢硬化成固化的绝缘层（C-stage）。
2021/8/4
精选课件ppt制程简介
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发料烘烤 线路形成
线路形成(內层) AOI自动光学检测
AOI自动光学检测
压合
蚀薄铜
钻孔
Deburr
绿漆
镀Ni/Au
AOI自动光学检测
压合
蚀薄铜
钻孔
Deburr
绿漆
镀Ni/Au
成型
O/S电测
FVI/AVI
镀铜 包裝
塞孔 出货
检验设备
自动孔位检查机
• 此设备可以量测板面上所有孔的相对位置，以作为 判定孔位偏差量之依据。
bga锡球生产工艺
bga锡球生产工艺
BGA锡球生产工艺是一种用于半导体封装的重要技术，下面将介绍BGA锡球的生产工艺过程。
BGA锡球生产工艺的第一步是制备合金材料，通常使用的是由锡和其他金属元素（如铅、银）组成的合金。
此合金具有良好的焊接性能和可靠的电气连接性能。
接下来是材料的制备，将锡和其他金属元素按一定比例混合，并经过熔化、混合和冷却等步骤，制成合金块。
在合金块制备完成后，就需要将合金块进行加工成为规定尺寸的小颗粒，这些小颗粒就是BGA锡球的前体材料。
通常会采用机械球磨的方式将合金块加工成小颗粒，磨砂机将合金块放入磨砂罐内，在高速旋转的磨石的作用下，将合金块磨破成小颗粒。
接下来是BGA锡球的成型过程，将前体材料放入球形成型机中进行成型。
球形成型机会通过高温和高压的控制，将前体材料压制成球状，并使其达到规定的直径。
在成型过程中，还会进行一些其他的辅助工艺，如冷却、压力释放等，以保证球的外观和性能的一致性。
成型完成后，还需要对BGA锡球进行表面处理，在表面处理过程中，通常会使用一种称为"化学沉积"的方法，将一层金属氧化物沉积在锡球表面，以提高其耐热性和抗氧化性能。
最后，经过一系列的质量检验，合格的BGA锡球可以进行包装和出货。
总结一下，BGA锡球的生产工艺包括合金材料制备、前体材料制备、球成型、表面处理等一系列步骤，通过这些工艺的控制和调整，可以获得具有良好焊接性能和可靠连接性能的BGA锡球产品。
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Acid Dip
Copper Module ( 2MA35 )
single Rinse
Flip over
Copper Module ( 2MA40 )
Triple Rinse
Anti Tarnish
Triple Rinse
Dryer
2015/3/17
19
ASESH MATERIAL
線路(Pattern)
2015/3/17
47
ASESH MATERIAL
2.功能:
•對於前制程各站産出的基板,依客戶規格加以
嚴格之把關檢驗(即做100%外觀人工目視檢 驗），檢驗範圍包括焊線區、防焊區及錫球
墊區)。
2015/3/17
48
ASESH MATERIAL
B. AVI檢驗
AUTO Visual Inspection
2015/3/17
46
ASESH MATERIAL
A.FVI檢驗 Final Visual Inspection
1.職責
-對於前製程各站產出的基板、加以嚴格之 把關檢驗、篩選出良品及不良品、然後隨時 將本站所發現之各異常狀況告知前製程,讓前 製程能有效針對問題點而做製程改善,以期達 到品質的提昇。
收板機
DES線
詳細製程設備流程圖
2015/3/17 22
ASESH MATERIAL
Process Flow Introduction (Cross Section)
1.基材
BT樹脂
銅箔
2.前處理+壓膜
2015/3/17
23
ASESH MATERIAL
Process Flow Introduction (Cross Section)
2015/3/17
10
ASESH MATERIAL
鑽孔(Drilling)
ASESH MATERIAL
鑽孔
基板、上蓋板下墊板疊合 上PIN 功能： 作為上下面導通之通路 其他製程所需之對位孔、 定位孔、Tooling孔
CNC鑽孔
下PIN
自主檢查
2015/3/17 12
ASESH MATERIAL
ASESH MATERIAL 1綠漆: 前處理 (以藥水咬蝕銅面, 以增加銅面粗糙度, 使 得綠漆得以緊緊咬住銅面; 並咬掉一層銅氧化層)
Cz8100 前處理
2015/3/17
32
ASESH MATERIAL
2 綠漆: 網印 (主要以網板網目大小來控制綠漆層厚度)
油墨 網板
印完一面後, 作預烤 後, 翻面再印第二面
ASESH MATERIAL
BGA Substrate Introduction
ASESH MATERIAL
What is BGA Substrate?
BGA: Ball Grid Array
2015/3/17
2
ASESH MATERIAL
BGA 基板各区名称
正 面
導通孔 剪裁長條孔 導通孔環 十字 Mark 防止溢膠環 散熱墊 接地環 電源環 導電線 防焊層(Solder Mask) 手指 注膠口 定位孔 邊軌區
S/M
信號線
2015/3/17
3
ASESH MATERIAL
BGA 基板各区名称
背 面
焊球墊
2015/3/17
4
ASESH MATERIAL
BGA基板全製程製造流程
發料烘烤
2 layer 4 layer
線路形成(內層)
AOI自動光學檢測
壓合
蝕薄銅
鑽孔
Deburr
鍍銅
綠漆
AOI自動光學檢測
線路形成
每面印刷後, 需作預烤, 烘乾板面油墨, 及使得 油墨達部分鍵結, 具足 夠強度來進行下一次 印刷或曝光
2015/3/17
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ASESH MATERIAL 3 綠漆: 曝光 (以底片(正片)來定義綠漆開窗部位, 大小)
UV
底片
曝完一面後翻面, 曝另一面
兩面分別以UV光作曝 光, 被UV光照射部分 綠漆將進一步鍵結, 結 構加強; 而未被照射到 部位則(底片黑影處)將 在“顯影”時被溶掉 (剝掉).
集板
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ASESH MATERIAL
FIT(Final Inspection Test)
ASESH MATERIAL
FIT基本流程
E-Test
FVI/AVI
PACKAGE
2015/3/17
45
ASESH MATERIAL
E-Test
Why E-test ?
A.電測的目的為檢測出線路間的OPEN開路/SHORT短 路, 因為各站的製程能力不斷提昇,線路密集化,層數從2 Layer up to 4Lˋ6L,無法只依靠外觀檢測儀器AOI or AVI 確認出是否有OPEN/SHORT存在. B.確保產品送至客戶封裝後,不會因為基板本身的線路 OPEN/SHORT而造成信號傳輸錯誤影響產品的功能性, 導致完成封裝的產品也隨之報廢.
詳細製程流程圖
2015/3/17 21
ASESH MATERIAL
Process Flow Introduction
放板機 刷磨 水洗 微蝕 水洗 烘乾 前處理線
板面清潔機 放板機
預熱
壓乾膜 曝光
後壓 收板機
置放翻板機
收板機
壓膜線
板面清潔機
無塵黃光室
剝膜 水洗 烘乾
曝光線
撕Mylar
顯影
水洗
蝕刻
水洗
UV
2015/3/17
34
ASESH MATERIAL
4 綠漆: 顯影、後烤、及UV
“顯影”將未被“曝 光”UV照射強化部位, 用藥液溶掉(剝掉).目前 使用顯影液為PCDP30A,主要成分為 K2CO3（PH值不小於 10.5）
“後烤”及“UV”, 用 “熱烤”及“UV”, 使 先前綠漆中未反應完全 的“Epoxy”及“Acrylic 基”, 進一步的鍵結及強 化.
電鍍目的 :
電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層(deposit)，改變基材表 面性質或尺寸。例如賦 予金屬光澤美觀、物品的防鏽、防止磨 耗、提高 導電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐 候性、熱處理之 防止滲碳、氮化 、尺寸錯誤或磨耗之另件之修補。
2015/3/17 37
ASESH MATERIAL
Ni/Au流程
壓合(Lamination)
ASESH MATERIAL
壓合站的生產流程与產品形態
內層線路
棕化
預疊
疊合
鑽孔
2015/3/17
薄化
X-Ray鑽靶裁邊
壓合
9
ASESH MATERIAL
壓合製程流程 2層板: 生管發料
薄化(option)
上pin鑽孔
4層板: 內層線路 棕化 預疊 疊合 壓合 鑽靶 裁邊 薄化(option) 上pin鑽孔
Etch Cleaner
Pre - Dip Rinse
Activator
Triple Rinse
Reducer
Triple Rinse
Electroless Copper
Triple Rinse
Acid Dip
Copper Module ( 1MA35 )
Triple Rinse
Anti Tarnish
塞孔
(option)
鍍Ni/Au
成型
O/S電測
FVI/AVI
FIT
出貨
2015/3/17
包裝
5
ASESH MATERIAL
發料(Material Releasing)
ASESH MATERIAL
發料站介紹
流程：
至庫房領取BT板 上PIN
薄化
烘烤BT板
9小時
導R角
機械鑽孔
2015/3/17 7
ASESH MATERIAL
鑽孔：
2015/3/17
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ASESH MATERIAL
鍍銅(Copper Plating)
ASESH MATERIAL
1. 刷磨線
此製程主要是利用高 速旋轉的刷輪, 將鑽孔 後在孔緣所造成的burr 去除. 目的是刷磨去除板面 的銅渣和毛刺.
刷磨輪
工件銅片
放板機
四刷磨輪
水洗
烘乾
收板機
2015/3/17
3.曝光
UV Light
4.顯影
2015/3/17
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ASESH MATERIAL
Process Flow Introduction (Cross Section)
5.蝕刻
6.剝膜
2015/3/17
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ASESH MATERIAL
AOI(Auto Optic Inspection)
ASESH MATERIAL
AOI流程介绍
进货
自动光学扫 描机扫描
出货
检修站
2015/3/17
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ASESH MATERIAL
綠漆(Solder Mask)
ASESH MATERIAL
S/M
Solder Mask 焊接 面具 綠漆顧名思義綠色的油漆，原文術語中雖 以Solder Mask較為通用，但卻仍以Solder Resist是較為正式的說法，所謂防焊膜，是指 電路板表面將不需要焊接的部分導體，以永久 性的樹脂皮膜加以遮蓋，此層皮膜即稱之為 S/M。 為便於肉眼檢查，故於主漆中多加入對眼 睛有幫助的綠色顏料，其實防焊漆了綠色之外 尚有黃色、白色、黑色等顏色 。