0.5mm pitch BGA技术研发案例

HNPCA 2021-09-26 12:11

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摘要:随着电子技术的不断发展,对PCB的线路密度也越来越高,含有0.5mm Pitch BGA的HDI需求也越来越多。目前,在国内的PCB生产厂家中, 对于0.5mm pitch BGA的线路板的研发工作均在最初的起步阶段,而奔强电路经过研发部门的不断技术攻关,突破了工艺和技术上的瓶颈,走在了行业的前列,填补了此项技术的行业空白。


一、背景

BGA(Ball grid array球栅阵列)技术的研究是始于60年代,最早为IBM公司所采用,直至上世纪90年代初期才正式进入实用化阶段,所以其快速发展只是近十年的事。

随着电子技术的不断发展,电子产品已朝着轻、薄、短、小的方向,而这对PCB的要求也越来越高,BGA技术则应运而生。随着市场需求的不断提高,对PCB上BGA的要求也就越来越高,其最小接触间距也逐渐由最初的1.5mm减至现在通用的0.8mm、0.65mm,在此种情况下对于0.5mm pitch BGA批量生产的需求已是迫在眉睫

目前,国内的PCB公司中,0.5mm pitch BGA均在最初的起步阶段,而奔强电路经过研发部门的不断技术攻关,突破了工艺和技术上的瓶颈,走在了行业的前列,填补了此项技术的行业空白。


二、方向及难点

为了保证0.5mm的距离,就必须减小焊盘、线宽以及间距的大小,目前,公司在生产HDI板时主要采用Large Window工艺,因此在生产前就需要解决以下问题:

⑴. 设计方面:为了满足客户的要求,设计最佳焊盘加放量,同时选择最适合的Large Window开窗大小;

⑵. 工艺问题:由Large Window引起的焊盘凹陷问题,易产生焊盘缺损和颈位开路,对品质产生最显著影响,其改善是批量生产的前提条件。而影响焊盘凹陷问题的几个主要工艺因素及其现状和改善方向如下:


三、实验设计

1. 客户要求及生产现况

目前,可以大体了解到的客户在0.5mm pitch BGA方面的基本要求见图1所示:

图1

图2

在正常的Large Window生产过程中,4mil的激光孔对应11mil的开窗大小,这对于0.5mm pitch BGA的焊盘来说,由于其尺寸变小就更易在台阶位置引起如图2所示的断线情况,因此生产0.5mm pitch BGA时,除了解决线路的精度问题外,首当其冲的问题就是解决由台阶引起断线情况,为此,我们设计下面一系列实验。

2. 实验计划   

⑴. 主要生产流程

鉴于3/3mil精细线路的实验数据,在生产0.5mm pitch BGA过程中采用DES工艺流程具体如下:

L23图形制作→层压→减薄铜(线上控制7um+/-1.5um)→large window →激光钻孔→desmear→PTH→水平电镀→外层前处理→ADTEC自动曝光→DES

⑵. 实验方向

a、 通过实验寻求设计焊盘与线路的最佳加放量,同时确认合适的Large window开窗大小;

b、从影响焊盘凹陷问题的几个主要因素出发进行工艺上的改善,以提高0.5mm pitch BGA生产的品质问题。


四、设计改善

1. 焊盘及线路的选择

对于0.5mm pitch BGA来说,其BGA内的线路及线路旁的焊盘是控制的难点。在本实验中,我们以Fujifilm的含0.5mm pitch BGA样板的要求为基础进行实验设计,该板对于焊盘和线宽的要求以及我们的设计值如下:

在此情况下蚀刻后的数据及分析如下:

图3、蚀刻后焊盘(顶部)尺寸分析

图4、蚀刻后焊盘边线宽(底部)尺寸分析

从上面整体的数据和Cp值可以看出,蚀刻后焊盘和线宽的尺寸稳定性可以满足要求,这说明在生产中已经有效的做好过程控制。然而,从Cpk的数值来看,焊盘及线宽两者的Cpk均小于1.33且在1.0左右,这表示以目前本公司的生产能力可以生产此类产品,且基本可以满足客户的生产要求,但相对能力偏低。

另外,受现有工艺能力的限制,在此设计中最小间距已只有2.39mil,因此线宽及焊盘的加放不能再增大。因此,根据实验数据了解到最终焊盘控制在250um~275um、线宽大小控制在50um~70um之间。经实验证实对于0.5mm pitch BGA,针对客户对线路和焊盘不同的要求值,我们最终确定分别给出如下的加放量:

2. Large window大小以及相应曝光参数的选择

针对客户要求,焊盘的尺寸必须减小,在这种情况下不同的Large window开窗会产生不同的效果。在本实验中设计了专门的测试板,分别设计了10mil、11mil、12mil和13mil的开窗大小,在不同的电镀参数、相同的干膜和曝光条件下,其显影后情况如下:


五、Large window台阶的改善

影响0.5mm pitch BGA品质的主要原因就是由Large window的台阶引起的断线问题,因此我们针对性的进行了以下工艺上的改善:

1. Desmear咬蚀量的控制

2. 电镀参数的选择

a、试板:

b、对比试验数据如下:


六、小批量生产数据

数量:150part(10panel),其0.5mm pitch BGA处图形见图6:

图六

其中总的报废数量为34part,报废比例为22.7%,主要报废情况如下:     


七、结论


有个职位想和你谈谈:点我,看完再走

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来源:HNPCA转载自奔强电路

审核:Xyy









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