PBGA载板制程简介

1、PBGA载板制程简介PBGA载板制程简介BGA(Ball Grid Array，球狀陣列封裝)技術係指以基板及錫球代替傳統QFP封裝型態(以金屬導線架作為IC引腳)，而錫球採矩陣方式排列在封裝體底部的一種封裝方式。由於BGA單位面積可容納之I/O數目更多，晶粒到電路板的路徑較短，且無QFP之平行排腳，其優點為電容電感引發雜訊較少、散熱性及電性較好、可接腳數增加，且可提高良率，故1995年Intel採用之後，逐漸開始普及。目前主要應用於接腳數超過300 PIN之IC產品，如CPU、晶片組、繪圖晶片及Flash、SRAM等。若依載板之材質不同，可分為PBGA(Plastic BGA)、CBGA(C

2、eramic BGA)、TBGA(Tape BGA)及MBGA(Metal BGA)等。其中PBGA為以BT樹脂及玻纖布複合而成，材料輕且便宜，玻璃轉移溫度高，可承受封裝時打線接合及灌膠製程之高溫，為目前應用最廣泛之基板，國內業者多以PBGA為切入點(包含日月宏、耀文、旭德、全懋、大祥、力太、台豐、頎基等)。2BGA(Ball Grid Array，球狀陣列封裝)技術係玻璃轉移溫度Tg ( glass transition temperature ) 若材料在某一溫度以下，表現出類似玻璃般既硬又易碎的特性， 則稱此材料處於玻璃狀態(glass state) ，該臨界溫度(範圍)即為Tg 玻璃化

3、(vitrification) : 熔融液態玻璃態。 玻璃轉移現象並非聚合物所專有，例如SiO2在1200左右也有此現象。比容玻璃態橡膠態液態TgT1T2玻璃化溫度聚合物比容液態溫度一般低分子化合物Tm固態 聚合物 ( polymer ) 高分子 ( macromolecule ) 例 :分子量 1000Tm?3玻璃轉移溫度Tg ( glass transition te發料內層線路內層AOI黑化 or 棕化壓合X-Ray鑽靶鑽孔鍍銅外層線路外層AOI綠漆鍍鎳鍍金成型電測FVI包裝出貨PROCESS FLOW4發料內層線路內層AOI黑化 or 棕化壓合X-Ray鑽靶鑽孔梭織物，經緯紗交織結構之

4、實際狀態1 denier = 1 g 9000 m1 tex = 1 g 1000 m = 9 denier1支 (公制) = 1000 m 1 g織紋隱現 ( weave texture )經紗Warp Yarn緯紗Weft Yarn不織布經編組織緯編組織針織纖維(Fiber) 5 短纖 (Staple) 棉 長纖 (Filament) 絲梭織物，經緯紗交織結構之實際狀態1 denier = 1 gBT 樹脂的全名為 bismaleimide - triazine resin，是一種熱固性樹脂(thermosetting resin)，為以上兩種(B及T)成分之結合體，由日本三菱瓦斯公司於1

5、982年經由Bayer公司技術指導後，使用連續合成法進行商業化之量產，目前全球僅其一家生產，產能為250噸/年，因有鑑BGA之快速成長，故1997年即投資24.532.7百萬美元增加生產線，使產能擴充至600700噸/年。BT 樹脂 (Bismaleimide Triazine Resin )6BT 樹脂的全名為 bismaleimide - triazNCCCCHHCHHNCCOOOOCCHHBismaleimideCCH3CH3OOOOCCNNTriazine Resin MonomerBT Resin7NCCCCHHCHHNCCOOOOCCHHBismaleim發料內層線路壓合棕化黑化四

6、層板壓合PP ( Prepreg )Copper Foil玻纖+B-Stage BT Resin壓合(Lamination)8發料內層線路壓合棕化黑化四層板壓合PP ( Prepreg 當體型縮聚反應進行到一定程度時，黏度突然增加，並出現不能流動而具有彈性的凝膠狀物質，此時之反應程度稱為凝膠點。根據反應進行的程度，體型縮聚反應可分為3個階段: A - stage (反應初期) A - stage樹脂 : 在凝膠點之前將反應停止下來而得到的產物。 此時樹脂為黏稠液體，或可熔化的固體，可溶於某些溶劑中。 B - stage (反應中期) B - stage樹脂 : 反應程度接近凝膠點時的產物。 此

7、時樹脂分子間已輕微交聯。可受熱而軟化，但不能完全熔融。 C - stage (反應後期) C - stage樹脂 : 高度交聯而呈不溶、不熔性質的體型縮聚物。9當體型縮聚反應進行到一定程度時，黏度突然增加，並出現不能流動發料內層線路壓合(Lamination)棕化六層板壓合PP ( Prepreg )Copper Foil10發料內層線路壓合棕化六層板壓合PP ( Prepreg )CCopper FoilCoreCopper Foil鑽孔 ( Drilling )Glass Fiber + BT Resin銅箔可分為壓延銅箔及電解銅箔，壓延銅箔定義為厚度100mm以下之銅及銅合金帶。11Co

8、pper FoilCoreCopper Foil鑽孔 (Desmear 去膠渣PCB在鑽孔的摩擦高熱中， 當其溫度超過樹脂的Tg時，樹脂將呈現軟化甚至形成流體而隨鑽頭的旋轉塗滿孔壁，冷卻後形成固著的膠糊渣( smear )，使得內層銅孔環與後來所做的銅孔壁之間形成隔閡。故在進行PTH (鍍通孔) 之初，就應對已形成的膠渣進行清除。Desmearsmear 膨潤 裂解 中和12Desmear 去膠渣PCB在鑽孔的摩擦高熱中， 當其溫度超Desmear (去膠渣) 經鈀膠體活化與後來速化處理後，孔壁上非導體表面將均勻分佈著催化活性的鈀層，於是在鈀的催化及鹼性條件下，甲醛會解離產生氫 :HCHO +

9、 OH H2 + HCOOPd接著銅離子被還原 :Cu2+ H2 + 2OH Cu + 2H2O 之後所析出的化學銅層又可作為自我催化的基地，使得Cu2+陸續被還原成Cu化學銅CuSO4+2HCHO+4NaOHCu+2HCOONa+H2+2H2O+Na2SO413Desmear (去膠渣) 經鈀膠體活化與後來速化處理後，H垂直電鍍採用夾點式導電方法從電鍍技術發明以來就一直延用至今，未曾有過任何改變。 根據歐姆定律，距離夾點愈近，電阻值愈低；反之，距離夾點愈遠，電阻值必定愈高。 由於電阻值高低 不一，所以電鍍層厚度易呈現較大的厚薄差異。 水平接 觸導電法，其電力線呈水平分佈，板面與導電輪之間沒有

10、電阻值高低差異，鍍層自然均勻。 垂直鍍銅水平鍍銅鍍銅 (Cu Plating)陽極 : CuCu2+2e陰極 : Cu2+2e Cu14垂直電鍍採用夾點式導電方法從電鍍技術發明以來就一直延用至今，AOI壓膜曝光UVDe - Mylar顯影(Developing)蝕刻(Etching)去膜(Stripping)前處理CuH2O2 CuOH2OCuOH2SO4 CuSO4H2OCuH2O2H2SO4 CuSO42H2O CuCuCl22CuCl Cu2FeCl3CuCl22FeCl2黃光室顯影液: Na2CO3 K2CO3去膜液:NaOH底片線路(Pattern)MylarPhotoresist1

11、5AOI壓膜曝光UVDe - Mylar顯影(DevelopiPCB Laminating Process / Finished Board Structure壓膜 乾膜 (Dry Film) Protective FilmPhotoresistCover FilmMylar ( PET Film )PE or Polyolefin Film 正型 光降解 負型 光交聯16PCB Laminating Process / FinisA system for automatic industrial process control or measurement, consisting of an

12、 optical module for image acquisition, a segmentation processor to isolate the image from its background, and an image analysis processor. Automatic Optical Inspection (AOI) 自動光學檢驗17A system for automatic industr前處理網印Pre - cure網印Pre - cure曝光UV顯影Post - cureUV cure綠漆 (Solder Mask)油墨+硬化劑黃光室底片opening18前

13、處理網印Pre - cure網印Pre - cure曝光U Solder-Mask Defined (SMD). Pads have solder-mask openings smaller than metal pads. SMDNSMD Non-Solder-Mask Defined (NSMD). Metal pads are smaller than solder mask openings.Two types of land patterns are used for surface-mount packages：PadSolder Maskopening19 Solder-Mask Defined (SMD). S綠漆 (Solder Mask)鍍鎳 (Ni Plating)鍍金 (Au Plating)NiAuCu預鍍金(Gold Strike)Au如果直接鍍金，金會在鎳層上置換，影響接合力，所以要預鍍金。鎳做為鍍金層的底層，防止銅與金彼此擴散。20綠漆 (Solder Mask)鍍鎳 (Ni Plating水洗