,二者均通過
63Sn37Pb共晶焊料連接到陶瓷基板的I/O焊盤上,形成共晶焊點(diǎn),而后者比前者具有更加優(yōu)越的焊接可靠性。

圖 2. CCGA焊柱 (a). 90Pb/10Sn (b). 80Pb/20Sn螺旋錫柱
圖3為一種常用規(guī)格螺旋錫柱及其截面示意圖。中心為80Pb/20Sn錫絲,表面繞厚度為0.051mm的銅箔,然后整體覆一層63Sn/37Pb共晶焊料將錫柱包裹。

圖 3. 螺旋錫柱及截面示意圖
CCGA封裝
CCGA器件的封裝結(jié)構(gòu)(如圖4)大體由三部分組成:底部是高鉛含量的焊柱陣列,中部為陶瓷基板,集成電路芯片則置于基板頂部,且多采用倒裝形式,這種形式縮短了信號(hào)通路,降低了寄生效應(yīng),使信號(hào)速度和品質(zhì)得到提高。

圖 4. CCGA封裝結(jié)構(gòu)示意圖
圖5為螺旋錫柱柱柵陣列封裝,每根錫柱由63Sn/37Pb共晶焊料焊接在基板上,焊錫列作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的互連從而減少在極端熱循環(huán)條件下的焊接疲勞。

圖 5. 螺旋錫柱陣列封裝
焊接性能測(cè)試
圖6、7 、
8分別為錫球 、普通錫柱、螺旋錫柱大溫度波動(dòng)測(cè)試結(jié)果(
產(chǎn)生陶瓷柱柵陣列和PCB板間的剪切應(yīng)力)(熱膨脹系數(shù)失配度~10 ppm/oC) 。可以看出
,錫球?qū)μ沾苫搴?/font>
PCB之間因CTE不匹配而產(chǎn)生的應(yīng)力適應(yīng)力較差,焊點(diǎn)出現(xiàn)了坍塌 。
CCGA因連接高度增加后 ,焊點(diǎn)上的應(yīng)力將通過焊柱的彎曲來進(jìn)行釋放,從而能更好地適應(yīng)陶瓷基板和
PCB之間因CTE不匹配而產(chǎn)生的應(yīng)力 。而螺旋錫柱較普通錫柱傾斜度更小
,對(duì)此剪切應(yīng)力的吸收能力更強(qiáng)
,具有更好的支撐能力
。

圖 6. CBGA

圖 7. Pb90/Sn10 CCGA

圖 8. Pb80/Sn20 CCGA
圖9為熱循環(huán)試驗(yàn)后普通錫柱及螺旋錫柱的失效模式圖(失效標(biāo)準(zhǔn)為菊花鏈循環(huán)式封裝的電阻超過300Ω),兩種錫柱都可以達(dá)到或超過典型航空應(yīng)用中的熱循環(huán)要求,同等條件下普通錫柱失效時(shí)間較螺旋錫柱提前了1/3,普通Pb90/Sn10錫柱失效后錫柱整體呈S型(圖9.a),而螺旋錫柱仍保持原來形狀(圖9.b)其支撐性能更好,體現(xiàn)了更加優(yōu)越焊接可靠性。

圖 9. 焊柱失效模式圖 (a). 普通錫柱 (b). 螺旋錫柱
結(jié)語
CCGA可實(shí)現(xiàn)很多邏輯和微處理器功能,其封裝形式?jīng)Q定其耐高溫、耐高壓和高可靠性的特性,適用于更大尺寸和更多I/O的情況,螺旋錫柱更是其中的佼佼者,因其優(yōu)良的焊接可靠性在軍事、航空和航天電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域占有非常重要的地位,由于需要將格柵陣列封裝設(shè)計(jì)運(yùn)用于高可靠性需求的市場(chǎng),螺旋錫柱柱柵封裝技術(shù)有望廣泛應(yīng)用于商業(yè)及軍事用途。