【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第42页
带 有 存 储 器 的 底 部和 顶 部 封 装组 件 会在 折叠 和 合 并 操 作 之前进 行处理 和测 试 。 通 过折叠 和表面 贴装连接 处理 ， 这两 个 预 测 试过 的 分 区 成为单 个、 高 良 率 的 多 功 能 元器件 。 除 此 之 外 通 过 在 ASIC 封 装 顶 部上提 供 通 用 阵列 状 接 口 ，一 些 不 同的 存 储 功 能 块 可 以直 接 焊 接在 底 部 封 装上。 4.4.1 1 叠 …
Mb UtRAM存储器的芯片。这是一个印象非常深
刻的芯片叠加应用。该公司作为大部分或所有
这种封装芯片的供应商，在封装成品上已取得
满意的良率。然而，由于制造工艺的变差以及
多种货源的芯片级别产品的潜在良率不同，对
某些器件来说，总封装级别的成本目标不是总
能达成的。为了保证未封装裸芯片的质量和可
靠性，在封装级组装前裸芯片必须通过一些电
性能测试挑选。ASIC、简单
逻辑电路、某些处
理器以及线性电路在某一时间段趋于稳定，然
而测试是保证其质量和可靠性的唯一方法。比
如，将逻辑和存储器整合在单一封装上，会造
成非常实际的问题。这两种功能的测试有本质
上的不同，且将会进一步损害用户使用此产品
时的信心。
4.4.8 3D折叠封装技术 存储器芯片，如Flash或
SRAM，有比较高的生产良率。虽然在组装操作
或搬运中会发生损伤，但整体
上存储器芯片的
封装工艺和测试有很高的合格率。挠性基板材
料可将几个芯片折叠并放置在单个FBGA封装外
形之内（此封装仅仅略大于芯片组中最大的一
个）。图4-15为常见的折叠挠性封装，将三个独
立的存储器芯片合并在单封装外形中。
4.4.9 焊球堆叠，封装叠装 尽管不限于存储
器封装，一个主要的应用是DDR-SDRAM 芯片
堆叠，它可使OEM和存储器模块制造商将存储
器板密度增加至当前
可用密度的八倍。将预先
测试的FBGA封装芯片堆叠是存储器的一种理想
应用。联接前对存储器的测试、挑选和分级可
保证最终器件配置提供其全部的潜在性能。图4-
16展示了将几个焊球堆叠封装为一个整体组件
的案例。
顺序堆叠预测试过的FBGA封装使元器件密度和
功能急剧增加。作为当前应用的一个实际例子，
要考虑在标准单面SO-DIMM（小外形双排直列
存储器模
组）上动态和潜在的存储容量，如图4-
17所示。
4.4.10 折叠和堆叠的封装组合 由于处理器和
ASIC晶圆制造良率不像存储器或低复杂度功能
的集成电路那样可预测，因此必须在封装组装
前对每一个芯片进行预测试。另外，将两种良
率差距较大的产品置于同一成品封装中风险是
非常大的。为了将风险最小化，顺序叠加多芯
片封装的理念变得很有吸引力。
由于将几个
功能组合在单个封装的最终目标仍
是可行的，在最终整合之前对单独器件进行组
装和测试是比较理想的。与合成良率和测试相
关的问题可以较容易地通过堆叠单个封装来解
决。一个例子是在两段格式存储功能模块中各
自封装和测试ASIC，典型地如同图4-18所示。
IPC-7095c-4-15
图4-15 折叠的多芯⽚BGA封装
图4-16 ⼋层焊球堆叠封装
图4-17 SO-DIMM存储卡组件
IPC-7095c-4-18
图4-18 折叠以及堆叠的多芯⽚BGA封装
2013年1月 IPC-7095C-C
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带有存储器的底部和顶部封装组件会在折叠和
合并操作之前进行处理和测试。通过折叠和表面
贴装连接处理，这两个预测试过的分区成为单
个、高良率的多功能元器件。除此之外通过在
ASIC封装顶部上提供通用阵列状接口，一些不
同的存储功能块可以直接焊接在底部封装上。
4.4.11 叠装封装 在单个封装外形内封装多个
芯片单元的
解决方案已有迅速发展。对于许多高
密度存储应用来说，在单个半导体封装基板上
将数个半导体芯片进行垂直叠加已证明是有效
的。但是将一些较新的多功能处理器和控制器
产品与一些较成熟的高良率存储单元混合时，
总的封装良率不是总能满足预期。经验证明一
个更有效的解决方案是叠加封装（PoP）方式，
其设计
是将已完全封装和经过预测试的分立逻
辑和存储器件垂直组合在各自独立的阵列配置
封装基板上，它们相互对齐并上下堆叠，典型
地如图4-19所示。
封装叠加方式对于需要多功能、高性能和较小
连接盘图形的各种应用证明是理想的：将经过
预测试的封装分区做叠加给设计人员带来高度
的灵活性，几乎允许
任何组合的存储器与任何
逻辑芯片组相结合。将分立的逻辑器件和存储
封装以垂直布局的方式进行组合，不仅节省了
在电路板上的空间，而且一般也会减少引线数
量，简化系统集成度并使性能得到加强。很多
产品包括如：无线耳机、数码相机、便携式游
戏机和GPS产品已经开始利用这种多芯片封装方
案的优点。
4.4.12 多芯⽚封装的优势 多芯片封装的主要
优势是元器件密度急剧
增加。产品的尺寸和重
量可能会减小，但其功能却得到了增强。功能的
增强是通过集成几个不同类型器件来实现的。
其它的优点包括减小了电路板复杂性、通过更
高的可靠性改善了产品质量以及降低了产品进
入市场的风险。多渠道采购已验证的成熟的芯
片，可使上市时间和拥有成本最小化。研发多
芯片产品的任务并不是没有障碍，一些关键问
题
为：
• 管理多个供应商
• 已知好的芯片测试和老化方法
• 芯片和晶圆可获得性
• 高、低良率器件的组合
• 整体的产品质量和可靠性
4.4.13 极密节距阵列封装解决⽅案 已开发出
可行的方案给单芯片和PoP封装应用提供更密节
距和更高接触密度。相比更传统的焊球或凸点
接触，这种独特的中介基板制造工艺配置了实
心铜接触点的阵列。
用
以描述这种独特触点外形命名为“μPILRTM”，
它可提供非常小的接触点特征和0.40那样的较密
节距变化，典型例子如图4-20所示。
当μPILR触点外形与更常见的焊球连接相比，其
触点几何形状在直径和高度两方面明显偏小，
使得其有更低的成品封装外形。图4-21所示的实
铜芯触点形状略呈锥形并且涂覆了与共晶或无
铅焊接工艺兼容
的镍/浸金合金（EIG）。
IPC-7095c-4-19
图4-19 封装堆叠组件
PCB
PCB
IPC-7095c-4-20
图4-20 ⽤μPILR基板封装的半导体组件
图4-21 带有μPILR基板基板中介层与线路板之间的
焊料界⾯
IPC-7095C-C 2013年1月
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μPILR封装器件的电路板组装采用最常见的表面
贴装工艺，从焊膏印刷开始，经过贴片和再流
焊接。成功用于印刷的模板为100μm厚的不锈钢
薄板，上 有 激光切除的270μm的方形开孔。由于
模板开孔很小，这种应用的焊膏型号推荐使用5
号尺寸的焊粉。节距为0.40mm的元器件的精确
贴装也非常关键。当贴装超密节距阵列器件时，
机器的贴装精度必须满足±20μm的范
围以保证
所有连接点有合理均匀的焊料填充。
4.5 BGA连接器和插座
4.5.1 BGA连接器材料考量 图4-22所示的BGA
连接器设计在两个电路组件间提供相对低外形
的水平或平行接口。为这种应用设计的材料已
开发出来以承受与表面贴装相关的再流焊接温
度，并在典型产品用途的各种环境条件下提供
可靠的互连。
弄清楚连接器系统的材料性质很重要。在产品
寿命周期之内，电路板组件会经历许多不同的热
循环，这些热循环会导
致组件中的元器件材料
包括BGA连接器的膨胀和收缩。由于连接器和
印制电路板基板之间的热交互作用，因此选择
BGA连接器的材料很重要。特别地，BGA连接
器材料与印制电路板基板材料间匹配的热膨胀
系数（CTE）对 于封装和焊点的可靠性很重要，
CTE的大致匹配可确保热导致的应力最小。
4.5.2 BGA连接器的连接考量 BGA连接器贴装
并焊接到PCB基板上 需 要解决几个事项，一些
BGA连接
器设计，没有提供它们用标准的SMT
吸嘴来真空拾取。在这种情况下，有以下两种
选择：
1) 使用定制的吸嘴进行机械吸盘拾取
2) 设计带有盖子或其它临时吸附表面的BGA连
接器，这样可用标准的真空吸
这两种选择对于生产都是可行的，最佳的选项主
要取决于连接器的设计。取决于连接器材料，
需要检查再流焊曲线并与连接器材料的T
g
温度
相比较。当连接器的温度增加超过了T
g
点，连接
器有向板内拱或向板外翘的倾向（翘曲）。实际
弯曲的表现与连接器几何尺寸、连接器材料以
及连接器焊球与基板之间的表面张力相关。这
项分析也包括为实现成功焊接的连接器共面度
要求。再流焊过程中的材料性质表现和连接器
的整体尺寸决定了连接器焊球共面度要求。通
常，BGA连接器的共面度要求比BGA IC的要求
更加严格，部分原因为BGA连接器尺寸更
大。
4.5.3 BGA材料和插座类型 设计BGA插座是
为了给处理器或其它元器件与电路板之间提供
接口。这些插座主要由能承受高达265°C再流焊
温度的玻璃聚合物材料制成。玻璃聚合物材料的
一大优点是其具有与电路板较为接近的热膨胀
系数。插座和电路板之间的界面采用了BGA技
术，基于它们要配合的封装元器件界面，有两种
不同的设计方案。第一种是针栅阵列（PGA）
元器件，另一种是盘栅阵列元器件。
PGA元器
件的插座通常为零插拔力（ZIF）类型，它利用
了一种凸轮螺母移动盖板以让插针落入，向前
推动插针并压入触片，从而提供电气连接所需
的负载。（见图4-23和图4-24）
而另一方面，LGA插座则使用折弯成某一精确
角度的触片来与封装上的连接盘相接触。封装
必须施加一向下的压力以推动PGA的插针向下
靠着
连接器触片。因此就需要一个加载机械机
图4-22 BGA连接器
IPC-7095c-4-23-cn
图4-23 PGA插座引脚
插座接触点
PGA引脚
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