便携式技术正在成为当今最热门的技术之一，它融合了通信、消费、计算机技术之大成，并在处理器、存储、电源管理、显示、嵌入式软件领域大举进兵，进而融合了这些技术的精华，带给了人们新的体验。
现如今，虽然计算机产业己经步入增长趋缓的后PC时代，通信产业也主要依靠移动便携终端产品延续昔日的繁荣，但是，各种消费类便携式数码产品的爆炸性增长却昭示着便携式时代正大踏步向我们走来！
随着便携式电子产品的普及，人们对数据存储产品提出了愈来愈高的要求。但是消费者要求他们所拥有的便携式电子产品，不但尺寸要很小，而且在产品内要能够存储大量的数据，同时价格还要十分的便宜！这就给制造厂商们带来了严峻的挑战。

1、芯片规模封装技术的引入 芯片规模或者芯片尺寸封装（Chip-scale或者chip-size packa-ging简称CSP）在电子工业领域有着非常广泛的应用，它所提供的应用能力可以有效地降低产品的尺寸和功能比。便携式或者手持式电子产品是它一个很好的目标。举例来说，数码相机和摄录像机必须符合易于使用、重量很轻和性能很好的要求。电话机、传呼机、个人通讯产品、掌上电脑、工业和汽车用电子产品、个人用GPS和医疗和诊断产品全都是期待元器件能有效地微型化的潜在客户。存储器件是在市场上首先大规模接受CSP作为商品的产品。另外，各类控制器、CPU和其它应用领域的专用IC器件也是芯片规模封装的主要对象。
关注存储器封装的应用，性能己经成为一个关键问题。举例来说，RDRAM和DDR(double data rate双数据速率) SDRAM家族，要求采用最短的信号通道，以求实现复杂数据和图形处理的性能指标要求。引脚键合（lead-bonded）μBGA封装和引线键合（wire-bonded）μBGA封装技术，能够提供很短的界面需求，在满足产品性能要求的同时，可以实现物理上的坚固耐用。本文根据Tessera Inc 公司的研究报告作一介绍。
该封装技术所采用的材料是很特别的，管芯到封装界面设计是物理顺从的（physically compliant）。这主要归因于采用了强制补偿，消除了在硅管芯和印刷电路板基片之间因热膨胀系统不匹配而产生的很大差异性。该封装技术能够适应各种各样的管芯设计要求，在实施制造生产的过程中可以包含采用已有的生产方法。顺从的封装思路（compliant pac-kage concept）己经获得业界广泛接受，它是由强大的和不断增加的材料和设备供应商作为基础而支撑起来的。表面上，引脚键合μBGA封装和引线键合μBGA封装看上去是一样的。在图1中的截面图详细显示了μBGA的结构。引脚键合μBGA封装材料体系和集成了引脚键合这种设计形式，可以提供一种柔性化（吸收应力）的结构，它将能够适应于绝大多数电性能和物理性能的要求。
μBGA封装使用高等级的聚酰亚胺薄膜作为它的基础结构，依靠镀金铜核导体完成在管芯上的铝引脚键合位置到焊球触点之间的互连。另外引线数量要求相对较低的器件可以通过采用单一线路层（single circuit layer）获益，从而满足管芯到焊球阵列间的互连，复杂一些的管芯可能要求采用两层电路来提高布线的密度。
具有较高I/O数量的封装能够通过使用两个导电层（被称为“双金属管”），依靠电镀的微孔形成边到边的界面。这种双金属层工艺可以形成非常狭窄的电路通道(<0.05 mm)，以满足电源、接地和时钟线的要求。当阵列接触配置超出了硅管芯面积轮廓的时候，可以考虑替换接口模式，采用将焊球散布到管芯周边的外侧和内侧区域的接触形式。

2、μBGA封装的装配工艺

因为μBGA封装器件在工艺处理过程中使用传统的管芯粘接和引线键合设备，所以可以非常有效的通过相关工艺步骤来实现产品的装卸和自动转换。尽管说每个器件所占的面积相对来说较小，由多个器件组成的阵列能够非常密集地安置在柔性带材料上面。

对于聚酰亚胺柔性带来说，常规的宽度为48mm。作为48mm宽度的柔性带替换模式，供应商也能够提供35或者70mm宽的柔性带。然而，在器件的装配开始以前，基础的柔性带材料必须经历一次管芯安置的准备过程。在该工艺过程中，在柔性化的聚酰亚胺表面，在安置每个管芯的位置处，覆盖上具有专利的弹性垫片（小片）。这种经过改善的柔性带被安置到传送框架上面，然后被传输到封装装配操作处，准备用于管芯的安置。图2细述了μBGA封装的常规装配流程，在坚硬的框架载体上面，可以同时处理几个器件。μBGA封装所采用的工艺流程是简单的，也是很独特的。它采用了铜核心引脚成形工艺和低模量密封工艺。
安置有柔性带的框架从标准的装料载体上转换到管芯安置设备上。先进行管芯的安置，可形成弹性体垫片的液体被施加到每小片垫片位置的顶部。与此同时立刻实施接下来的弹性体的应用，每个管芯被进行排列，并被安置到在柔性带上的规定位置上面。当所采用的贴装速率为1000 管芯/小时的时候，在这该项工艺操作中的贴装精度可以控制在25μm以内，接下来粘接材料在150OC的条件下，固化时间为三分钟。
柔性带被传输到下一道引脚连接处。引脚的配置将起到重要的作用，在一个窗口的未端它被切断，允许设备将引脚移位到管芯的键合位置。经过一连串的工艺操作过程，引脚被整形成"S"状弯曲（见图3所示），最后通过热音波（thermal sonically bonded）将它键合到管芯上的铝焊盘上面，键合的速率为15次键合/秒。在引脚键合工艺实施期间，控制好“S”形状的形成，对管芯连接的柔性化和密封材料进行限制，有助于提供整体的柔顺性，从而形成可以吸收应力的结构。随着引脚键合工作的结束，柔性带载体被传输到储料装置上面，或者通过传输装置传递到下一个设备操作程序中去。

引脚键合设备原先是为了满足引线应用而开发出来的（尽管说在引脚键合μBGA封装装配中没有引线的需求）。为了能够满足引脚键合工艺程序的需要，键合的工具和软件己经作了专门的改良。键合工具分别在柔性带上的窗口中获取每条悬浮的引线。

3、密封处理
密封工艺可以接受垂直的涂布或者采用弹性密封剂的强制注入。在开展密封工作的前期准备中，临时的遮掩膜被应用在运输框架的一侧或者两侧。对于采用注射方式来说，薄膜可以采用一密闭的膜，它将可以包容密封材料。柔性薄膜载体框架被传输到一个常规的模具夹具中，然后注射针被插入到覆盖的膜材料的一个未端，形成一个开口。尽管注射时具有一定的压力，液体弹性体在管芯的阵列上移动的时候，在柔性带框架载体的另外一面采用了真空处理技术。注射工艺完成需要化时50秒钟，与此同时，在同一时间可以完成两个柔性框架载体的密封工作，产量可以达到120个载体框架/小时。在注射工艺结束了以后，密封材料进行固化，然后覆盖的薄膜可以去除掉。

4、焊球的处理
通过采用图案印刷工艺，助焊剂被施加到配置每个焊球的位置上面。筛网印刷涂布可以在每个焊球配置的位置上面，施加均匀的20μm厚的焊盘图案。另外，使用具有高度粘接性的助焊剂可以有效地把握住焊球使之就位，从而顺利地通过再流焊接工艺流程。提供给使用300至350μm直径焊球接触的μBGA器件的最小焊盘图案的直径为0.20mm，而最常用的焊盘直径为0.25和0.30mm。能够满足大量焊球配置的相同技术必须满足大量CSP器件的组装需要。有不少非常好的设备能够提供焊球的配置工作。其中一些设备被设计成可以通过筛网印刷涂布工艺来施加助焊剂。另外一些可以采用引脚转换技术（pintransf-er technique），以及其它仍然在开发中的配置和再流焊接工艺技术，在这些技术中无需使用助焊剂。
在进行焊球合金材料的选择时，有着不同合金配制方案可以考虑使用，尽管每一种具有自己的液态水平，但应该选用这个还是那个，应该视是否符合特定的指标而定。当选择提供焊球的供应商的时候，一个必须考虑的问题是焊球的允许误差、形状是否均匀和它配置到接触阵列上面的时候是否具有良好的共面性。此外，有好几种焊球合金选择方案和配置技术可供选择使用。μBGA封装的标准配置是Sn63/Pb37，它可以形成一种可拆卸的焊料球。该共熔合金所拥有的溶点为183OC。无铅合金混合物也可以获得，它是一种特制的混合物，一般来说它是根据客户的需要而定制的。对于中心引脚键合的RDRAM来说，在生产中一般焊球的直径为350±50μm。
在大规模的BGA生产中有三种主要的再流加热方法被使用，它们是红外线辐射(IR)、强制热风对流和热传导。采用IR工艺技术会形成最不令人满意的结果，需要采用特定的加热曲线来满足每一种封装设计需要。其它问题可能会遇到载体条上的温度会发生差异，以及在加热炉中的载荷量发生变化。因此，IR再流焊接方式不推荐采用。其它两项采用强迫热空气对流和热传导设备可以提供相当令人满意的效果。经过载体条的温度可以达到相当均匀，对于不同的产品结构而言，只需要保持一种加热曲线就可以了。

5、标识和卸下
在器件卸下以前，器件一般需要在硅管芯的背面做上标识。可以采用激光技术或者环氧墨水进行标识;然而，采用激光标识工艺技术是最为有效的，因为设备可以对每种器件类型进行编程，可以允许连续操作。而另外一种墨水标识方式要求为每种器件类型专门定制印刷模板。在标识工艺操作结束以后，接下来器件被检查和以条状形式进行电性能的测试，最后卸下。
封装器件从柔性薄膜载体上卸下必须非常精确。一些技术己经被证明是非常成功的。举例来说，锯法、旋转法和直线法刀割，以及管芯冲压法，都己经被证明是有效的方法。每一种方法都有优缺点，举例来说，锯法、旋转法和直线法刀割可以采用程序控制的方式。可程序控制的设备可以满足不同的封装变化，只要求使用很少的工具。管芯冲压法要求实施精确的冲压，为此必须针对每种类型的器件做好准备工作，以满足每种管芯独特的外形变化。然而，采用管芯冲压法可以获得最高的生产效率。

6、结束语
许多制造厂商利用不同种类的封装材料，己经开发出了不同种类的芯片规模封装。选择一种封装思路来推翻另外一种封装，可能会受到器件能力的影响。举例来说，绝大多数可供选择的封装结构要求采用环氧树脂底部填充，因为工作温度的变动不能被不同的材料同样地接受。物理应力的绝大部分通过接触球体和封装，以及在电路板上接触位置进行传递。
从另外一方面来看，为了能够满足μBGA技术的需要而进行的材料系统的开发，可以吸收在管芯和PCB之间的物理膨胀现象，在接触位置上释放掉应力。图4显示了完整的封装结构，该芯片尺寸器件显示了新一代存储管芯的典型形式，拥有中心位置的键合盘，对于焊料球接触点来说只要求非常短的界面。一般可用于中心键合焊盘的RDRAM和DDR存储器。
强有力的基础设施和高产、有效的制造工艺流程可以认为是控制封装装配成本的主要因素。当比较器件封装的时候，也要考虑最终产品的可靠性问题。另外，器件必须进行预先的测试工作（全性能测试）和按规定形式封装，这样就能够保证最终产品所需要的性能，以及很经济地满足大规模自动化装配的需要。芯片规模或者芯片尺寸封装也必须符合现有工业标准的己经建立起来的物理规范的要求，以及完全与现有主流的SMT装配工艺相适应。另外，不像封装有许多可以的选择，绝大多数公司宁可选择一种封装形式，当焊料施加到电路板上去的时候，已经添加了环氧树脂底部填充材料（如同在处理倒装芯片和绝大多数刚性封装结构时一样）以满足可靠性的目标要求。引脚键合μBGA封装符合JEDEC Level1的规范要求，可以适应少量潮湿，以及因为它所具有柔性化结构，所以不需要采用环氧树脂底部填充，甚至于在绝大多数恶劣环境下也是如此。

参考文献

1. Vern Solberg, IC Package Solutions for High Performance Memory,Semiconductor International（2001年9月）
2. Dr. Marcos Karnezos, Advantages of System on a Package and System on a chip. EP&P, 2001(7): 32~36
3. Mike Buseman and Dave Jensen, Going to Extremes: A Study in Advanced BGA Assembly. EP&P, 1999 (5): 24~30