翻轉(zhuǎn)芯片的BGA封裝可以滿足千兆赫器件對(duì)封裝的要求
復(fù)雜的集成電路正在向千兆赫,高時(shí)鐘頻率發(fā)展;與此同時(shí)寬頻帶還要求增加引出端的數(shù)目。為此類集成電路準(zhǔn)備的封裝必須具有比目前的封裝形式具有更為精細(xì)的連接線,具有更好的電氣和熱學(xué)性能。一種翻轉(zhuǎn)芯片球引出端陣列（FC-BGA,flip-chip ball grid array）封裝可以滿足這些要求（參看插圖）。
---- 翻轉(zhuǎn)芯片的鍵合技術(shù)和其它傳統(tǒng)鍵合技術(shù)例如連接線鍵合,帶式自動(dòng)鍵合技術(shù)相比較,具有許多重要的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)有：多層次連接線,低的寄生電阻和電感;可以在芯片的中心部位安排許多個(gè)接地和接電源的連接突起的陣列。而FC-BGA封裝由于芯片是以突起的焊球做連接,更綜合具有以下特性;1,精細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)則;2,低阻抗和低介質(zhì)損耗;3,匹配的阻抗;4,低的接地和接電源連線電感;5,低電感的去偶合電容;6,低熱阻;7,良好的裝配性能和二次封裝可靠性。
---- 1,600 根引出端的FC-BGA封裝堪稱為系統(tǒng)集成芯片的一種先進(jìn)封裝。它的襯底用的是玻璃陶瓷材料。封裝的外形尺寸為42.5×42.5mm,球形引出端陣列的節(jié)距為1.00mm。它的設(shè)計(jì)規(guī)則為：線條和間距的寬度為70 / 70μm,穿孔和標(biāo)記臺(tái)階的直徑分別為100/ 130μm。有17層導(dǎo)電層。
---- 目前built-up襯底的使用比較普遍。它的設(shè)計(jì)規(guī)則為：線寬和間距為30 / 30μm;穿孔和標(biāo)記臺(tái)階的直徑分別為50 / 100μm。核心部分有四層導(dǎo)電層,前部和后部各有三層built-up形成的層（即3-4-3結(jié)構(gòu)）。
---- 玻璃陶瓷作襯底比built-up襯底在布線方面具有較好的性能,因?yàn)榍罢叩拇┛卓梢辕B加,后者目前的技術(shù)水平只能做成錯(cuò)開的穿孔。玻璃陶瓷作襯底可以做較多的導(dǎo)電層;而built-up襯底只能在前、后各做四層。
---- Built-up襯底價(jià)格比較便宜,但只適用于焊接突起陣列的節(jié)距比較粗的場(chǎng)合,目前節(jié)距須大于208μm,焊料的融點(diǎn)溫度也不能太高。玻璃陶瓷襯底適合于焊接突起陣列的節(jié)距較小的情況,可以小于200μm;可以使用較高融點(diǎn)的焊料,或無(wú)鉛焊料。目前生產(chǎn)的具有最高集成度的器件,在17平方毫米面積的芯片上有將近11,000個(gè)突起,突起陣列的節(jié)距為153μm。信號(hào)線之間的距離為39μm。
---- 使用無(wú)鉛焊料對(duì)于阿爾法粒子損傷的抵抗能力比較強(qiáng)。在芯片的背面直接裝有使用樹脂做的熱均勻器,樹脂的導(dǎo)熱率為10 W /mK。
---- 封裝的性能
---- 對(duì)于為千兆赫器件考慮采用FC-BGA封裝的封裝設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),最關(guān)心的問題是信號(hào)完整性,和電源 / 接地的可靠性。曾經(jīng)對(duì)一個(gè)2000引出端的FC-BGA進(jìn)行過(guò)性能測(cè)試,用Spice模擬過(guò)其信號(hào)的完整性。此封裝的尺寸為46×46mm,球陣列的節(jié)距為1.0mm。襯底材料為玻璃陶瓷。
---- 使用低壓差分信號(hào)( LVDS, low-voltage differential signal ) 線作為高速串接數(shù)據(jù)信號(hào)連接以減少共模噪音。在進(jìn)行Spice模擬時(shí)使用了500對(duì)LVDS傳輸線,傳輸線的特征阻抗為50Ω。
---- 模擬結(jié)果顯示在3-GHz條件下波形良好,只是由于阻抗損耗和介質(zhì)損耗波形稍有變形。交叉干擾也可以接受,內(nèi)部熱阻仍為0.4°C / W。
