IC-substraatassemblageproses: In wiidweidich technysk oersjoch
1. Ynlieding
Substraat-basearre ferpakking, benammen BGA-konfiguraasjes, is de dominante gearstallingstechnology wurden foar hege prestaasjes en hege I/O-yntergrearre circuits. Oars as leadframe-pakketten dy't in metalen ramt brûke foar ûnderlinge ferbining, brûke substraatpakketten in laminearre organyske of keramyske ...Ic-substraat dat meardere routinglagen, stroom- en ierdingsflakken, en ferbining tusken soldeerballen tusken gebieten en arrays leveret.
It substraat sels is in mearlaachstruktuer, typysk makke fan bismaleimidetriazine (BT) hars mei glêsfersterking of polyimidematerialen. Foar keramyske substraatfarianten omfettet it produksjeproses hege-temperatuer ko-bakken fan mearlaachske keramyske struktueren om metallisearre substraten mei hege tichtheid te berikken.
Wylst substraatpakketten de earste helte fan it gearstallingsproses diele mei leadframe-pakketten - ynklusyf wafer-efterslypjen, seagjen, matrijsbefestiging, Triedferbining of flip-chip bonding, en molding - de back-end prosessen ferskille signifikant. Substraatpakketten ûndergeane soldeerbalmontage, reflow, singulaasje, en definitive ynspeksje, wylst leadframe-pakketten trimmen, plating en foarmjaan fereaskje.
2. Wafer tariedingsfaze
2.1 Efterslypjen
It ferpakkingsproses begjint mei it efterslypjen fan wafers, wêrtroch't de dikte fan 'e wafer werombrocht wurdt ta spesifikaasjes dy't geskikt binne foar it definitive pakket. Foar stapelde-die-konfiguraasjes wurde wafers slypt ta signifikant tinner dimensjes om meardere chiplagen binnen de hichtebeperkingen fan it pakket te akkommodearjen.
Efterslypjen brûkt in progressive folchoarder: rûch slypjen ferwideret it bulkmateriaal, fyn slypjen soarget foar dimensjonele krektens, en polyskjen elimineert mikroskeuringen yn it oerflak dy't kinne liede ta gefoelichheid foar brekken. Beskermjende tape wurdt foar it slypjen op it aktive oerflak laminearre om skea oan it sirkwy te foarkommen. Nei it slypjen wurdt montagetape oanbrocht op 'e efterkant fan' e wafer, en de wafer wurdt oan in ringframe monteard foar ôfhanneling.
2.2 Waferseagjen
Waferseagjen (dicing) skiedt de ferwurke wafer yn yndividuele matrijzen mei in mei diamantgrit ympregnearre rotearjend blêd. Foar hieltyd tinner wafers biedt laserdicing in kontaktleaze alternatyf dat it risiko op brekken ferminderet. Nei it dicing wurde de matrijzen skjinmakke yn deionisearre wetter om silikonstof en statyske lading te ferwiderjen dy't by it seagjen opboud is.
3. Die-oanhechtproses
De stansferbinning (matrice attach) bringt yndividuele matrijzen fan 'e montagetape oer nei it matrijsgebiet fan it substraat. It proses fereasket krekte pick-and-place-operaasjes mei soarchfâldige seleksje fan lijm.
Lijmmaterialen falle yn twa kategoryen:
Sulverfolle epoxy wurdt foar it pleatsen fan 'e chip op it substraat oanbrocht mei in spuitdispenser of sjabloanprintsjen. Dizze geleidende lijmen soargje foar ohmsk kontakt tusken chip en substraat.
Die-attach-films of wafer-efterkantlaminaasjefilms wurde nei it slypjen oan 'e efterkant fan' e wafer laminearre en tegearre mei de wafer yn blokjes snien. De DAF wurdt tagelyk mei de stans snien, wêrtroch't tagelyk oerdracht fan stans en lijm mooglik is. Dizze oanpak is benammen foardielich foar stapelde stanskonfiguraasjes.
In krityske oerweging by it befestigjen fan 'e stans is de kleefsterkte fan 'e montagetape. De kleefstof moat in sterke bânsterkte behâlde by it seagjen fan 'e wafer, mar genôch ferswakke by bleatstelling oan ultraviolette strieling foardat de stans oppakt wurdt, sadat de stans skjin en sûnder skea fuorthelle wurde kin.
4. Ynterferbining: Elektryske ferbiningsmetoaden
Underlinge ferbining makket elektryske paden tusken de bondingpads en de bondingfingers fan it substraat. Twa primêre metoaden wurde brûkt: triedbonding en flip-chipbonding.
4.1 Triedferbining
Triedferbining brûkt gouden of koperen triedden mei waarmte, druk en trilling om chips en substraten elektrysk te ferbinen. De prosesfolchoarder folget dizze stappen:
De triedsturt dy't út it kapillêr rint, wurdt smolten troch elektroanyske flam-off, wêrtroch't in sferyske bal ûntstiet troch oerflakspanning.
De FAB wurdt komprimearre op it ferbiningspad fan 'e matrijs, wêrtroch't de earste ferbining foarmet.
De kapillêr beweecht nei de substraatbânfinger, en jout tried út om it fereaske lusprofyl te meitsjen.
De tried wurdt tsjin de bondfinger drukt om de twadde bonding te foarmjen.
De tried wurdt weromlutsen en trochsnien, en wurdt taret op de folgjende ferbining.
Foar substraatpakketten wurdt gouden tried faak brûkt fanwegen syn poerbêste elektryske geliedingsfermogen en duktyliteit. Kopertriedfarianten, ynklusyf palladium-coated koper (Pd-Cu), binne ek populêr wurden foar kostenreduksje en ferbettere elektryske prestaasjes.
Foardat triedbonding plakt, wurdt plasmareiniging útfierd om fersmoarging fan bondingoerflakken te ferwiderjen, wêrtroch optimale bondingadhesion garandearre wurdt.
4.2 Flip-Chip Bonding en Underfill
Flip-chip-bonding makket soldeerbulten op it oerflak fan 'e die en ferbynt se direkt mei oerienkommende pads op it substraat, wêrtroch't superieure elektryske prestaasjes wurde levere yn ferliking mei triedbonding troch lange triedlussen te eliminearjen.
Twa flip-chip bondingprosessen wurde faak brûkt:
Soldeerbulten wurde by hege temperatuer smelte om de chip oan it substraat te befestigjen.
Waarmte en druk wurde tapast op 'e krusing om de ferbining te foarmjen tusken chip en substraat.
De koëffisjint fan termyske útwreiding tusken de silisiumchip en it organyske substraat skept spanning dy't net allinnich troch de bult oanpakt wurde kin. Underfill is dêrom nedich om de betrouberens fan 'e soldeerferbining te garandearjen. Underfill-prosessen omfetsje:
Underfill-materiaal wurdt yn 'e kant fan' e chip ynjektearre, wêrtroch't de gat tusken de bulten wurdt opfolle fia kapillêre aksje.
De epoxy-foarmmassa tsjinnet dûbele funksjes as sawol ynkapselingsmiddel as ûnderfill, en follet de romte tusken bulten tidens it foarmproses.
5. Foarmjouwing: Ynkapseling en beskerming
Gieten omfettet it gearstalde substraat, wêrtroch't de matrijs en ferbiningsstrukturen beskerme wurde tsjin meganyske skea en miljeufersmoarging. Epoxy-gietmassa (EMC) tsjinnet as it foarkommende ynkapselmateriaal.
It foarmjaanproses presintearret unike útdagings foar substraatpakketten. As it oantal chipstapels tanimt, wylst de dikte fan it pakket ôfnimt, bliuwt de romte tusken de chip en de boppekant fan it pakket krimpen. Derneist wurde substraten hieltyd grutter om mear chips yn grutte partijen te ferwurkjen, wêrtroch't de produksjekosten fermindere wurde. Dizze trends hawwe transferfoarmjaan ta syn úterste dreaun.
Kompresjefoarmjenis ûntstien as in oplossing foar dizze útdagings. Yn kompresjefoarmjen:
- De mal is foarôf fol mei EMC-poeier.
- It substraat wurdt yn 'e mal pleatst.
- Waarmte en druk wurde tapast, wêrtroch't it EMC-poeier floeiber wurdt en de romte follet.
- Omdat de EMC fuortendaliks floeiber wurdt en de romte follet sûnder te streamen, is der gjin probleem mei it foljen, sels yn 'e lytse gat tusken chip en boppekant fan it pakket.
6. Markearring
Markearring gravearret produktynformaasje - ynklusyf healgeleidertype, fabrikant, patroanen, symboalen, sifers of letters - op it oerflak fan Healgeleiderpakkets. Dizze ynformaasje blykt krúsjaal foar it opspoaren fan 'e oarsaak fan produktfalen. Lasermarkering is de oerhearskjende metoade foar plestik ferpakkingen, wêrby't swarte EMC de foarkar krijt foar lêsberens.
7. Montage fan soldeerbal
It montearjen fan soldeerballen is it ûnderskiedende efterproses foar substraatpakketten, wêrby't sawol elektryske paden as meganyske ferbiningen tusken it pakket en eksterne skeakelingen wurde makke.
De montagesekwinsje fan 'e soldeerbal:
Flux wurdt oanbrocht op 'e substraatpads om ûnreinheden en oksiden te ferwiderjen tidens it reflow-proses, wêrtroch't unifoarm smelten mooglik is en in skjin oerflak ûntstiet.
Soldeerballen wurde op 'e pads pleatst mei in spesjalisearre sûchtool of sjabloanprintsjen. De flux soarget foar tydlike adhesion om de ballen op har plak te hâlden.
De gearstalling giet troch in reflow-oven dêr't de soldeerballen smelte, en in betroubere ferbining foarmje mei de substraatpads.
Residu wurdt fuorthelle mei in CFK-frije anorganyske reiniger.
It temperatuerprofyl tidens it opnij streamen wurdt sekuer kontroleare mei parameters lykas foarferwaarmingstiid, pyktemperatuer en ôfkuollingssnelheid om optimale ferbiningsfoarming te garandearjen sûnder skea oan it substraat.
Algemiene soldeerlegeringskomposysjes omfetsje:
8. Pakketsubstraat Produksje
It substraat sels is in kritysk ûnderdiel dat ferfine produksjeprosessen fereasket. Foar organyske substraten omfettet de produksjestream:
In ultradunne koperfolie (12–18 μm dik) is laminearre oan beide kanten fan in BT-hars/glêzen kearnplaat.
Trochgeande gatten wurde boarre en metallisearre om fertikale ferbiningen te leverjen.
Patroanen wurde oan beide kanten fan it substraat makke mei konvinsjonele PCB-techniken, wêrby't liedingspoaren, elektroden en in array fan soldeerzones foar balmontage foarme wurde.
In soldeermasker wurdt oanbrocht, mei patroanen dy't de elektrode- en soldeergebieten bleatlizze.
Oerflakfinish (bygelyks nikkel/goud plating) wurdt oanbrocht op bleatstelde pads om de soldeerberens te ferbetterjen.
Avansearre metoaden foar it meitsjen fan substraten geane de útdaging oan fan it ferwurkjen fan ultratinne substraten. Troch twa ekstreem tinne substraten oan tsjinoerstelde kanten fan in drager te kombinearjen, wurdt de strukturele dikte dy't nedich is foar de produksje fergrutte, wêrtroch konvinsjonele ferwurkingsapparatuer ultratinne substraten kin behannelje sûnder spesjalisearre ynvestearring yn apparatuer.
9. Singulaasje en definitive ferwurking
Singulaasjeskiedt yndividuele pakketten fan it substraatpaniel mei meganysk seagjen, lasersnijden of oare presyzjemetoaden.
Nei it singulearjen ûndergeane pakketten:
- Finale fisuele ynspeksje: Automatisearre optyske ynspeksje detektearret defekten lykas ferkearde útrjochting, soldeerbrêgen of skuorren.
- Elektryske testen: Kontinuïteit, isolaasje en ferifikaasje fan sinjaalintegriteit.
- Röntgenynspeksje: Foar ferburgen funksjes lykas soldeerferbiningen yn flip-chip-pakketten en soldeerbalferbiningen.
- Iepen/Koarte testen: Ferifikaasje fan elektryske kontinuïteit.
- Ferpakking: Klearmakke pakketten wurde yn trays ynpakt foar ferstjoering.
10. Pakketfarianten
PBGA is in die-up ûntwerp, plestik oerfoarme BGA mei in 2-, 4- of 6-laachs BT-substraat mei in balôfstân fan 0,8, 1,0 of 1,27 mm en heger. It biedt in hege I/O-ferfanging foar QFP-pakketten as I/O de QFP-256-beperkingen oerskriuwt, mei ferbettere elektryske en termyske prestaasjes troch meardere routinglagen.
PBGA is ideaal foar mikroprosessors, DSP's, ASIC's mei in hege pin-telling, gate-arrays, ûnthâld en PC-chipsets, lykas draachbere applikaasjes, ynklusyf sellulêre, draadloze en laptop-PC's.
TFBGA/VFBGA binne holte-up, triedbonded, overmolded chip-skaalpakketten dy't in lytse foarmfaktor en lichtgewicht skaaimerken biede. Dizze pakketten brûke in matrixformaat substraat mei in mienskiplike malchase dy't ferskate pakketgruttes mooglik makket, wêrtroch produksjefleksibiliteit ûntstiet en de tiid ta merk ferminderet.
TFBGA/VFBGA is geskikt foar ûnthâld, analoge technologyen, Flash, ASIC's, RF-apparaten en ienfâldige PLD's wêr't kosten en romte krityske faktoaren binne.
Foar tapassingen mei hege betrouberens en hege frekwinsje biede keramyske substraten superieure dimensjonele stabiliteit en termyske prestaasjes. CBGA-substraten wurde produsearre troch mearlaachse keramyske ko-brânprosessen, mar hawwe te krijen mei útdagings, ynklusyf CTE-mismatch tusken substraat, chip en PCB - in primêr falingsmeganisme dat oanpakt wurdt troch CCGA-struktueren of HITCE-keramyske substraten.
11. Oerwagings foar kwaliteitskontrôle
Proseskontrôle yn 'e heule substraatferpakkingsstream is krúsjaal foar it berikken fan hege opbringsten en produktbetrouberens:
- Substraatflakheid: Kontrôle fan kromming by soldeer- en gietprosessen is essensjeel.
- Bânintegriteit: Regelmjittige lûk- en skuortests soargje foar betrouberens fan triedferbining.
- Underfill Dekking: Ynspeksje soarget foar folsleine opfoling fan flip-chip-gatten.
- Yntegriteit fan soldeerbal: Röntgenynspeksje ferifiearret de juste soldeerferbiningfoarming.
- Kwaliteit fan it oanbringen fan de die: Holtefrije lijmtapassing is kritysk foar termyske en meganyske prestaasjes.
12. Konklúzje
Substraat-basearre ferpakking, benammen BGA-konfiguraasjes, biedt in ferfine en alsidich gearstallingsplatfoarm foar moderne healgeleiderapparaten. De prosesstream - fan wafertarieding oant die-attach, ynterferbining, foarmjaan, soldeerbalmontage en definitive testen - biedt wichtige foardielen boppe leadframe-pakketten, ynklusyf hegere I/O-tichtens, superieure elektryske prestaasjes, ferbettere termysk behear en gruttere ûntwerpfleksibiliteit.
Opkommende trends omfetsje it oannimmen fan tinner substraten mooglik makke troch avansearre dragerferwurkingstechniken, kompresjefoarmjen foar fyn-gat ynkapseling, en leadfrije soldeerlegeringen foar miljeu-neilibjen. As de yntegraasjetichtens bliuwt tanimmen en de ôfmjittings fan it pakket bliuwe krimpen, sille substraatferpakkingstechnologyen trochgean mei evoluearjen om te foldwaan oan 'e easken fan healgeleider-tapassingen fan 'e folgjende generaasje.