铜核BGA球在多层堆叠射频SiP上的应用

首页 ⊙ 铜核BGA球在多层堆叠射频SiP上的应用

当前位置：

来源:射频微组装 | 作者:暂无 | 发布时间: 2024-12-30 | 76 次浏览 | 分享到:

随着军事电子装备和民用通信系统复杂度的日益提升，射频集成技术正从传统的混合集成技术、多芯片组件技术向芯片化的系统级封装技术（SiP）快速发展。通过在SiP内对多个芯片进行平面或立体堆叠集成，极大的提高了系统集成度，减轻了系统的体积和重量。

一、什么是SiP

SiP，全称为系统级封装（System in Package），是一种先进的封装技术，它将多个芯片及电子器件集成在一个芯片封装内，以实现高集成及高性能。SiP具有如下优点：

1）高集成。在一个芯片封装内集成多个芯片及电子器件，提高了集成度，减小了系统的体积和重量；

2）高性能。SiP在单一芯片封装内集成了多个芯片及元器件，信号传输路线更短，损耗更小、功耗更低、信号传输速度越快；

3）高可靠。SiP封装时已进行相关的筛选、老炼及试验验证，验证充分，因此SiP的可靠性较高，另外，对于系统而言，减少了器件的种类及数量，因此提高了系统可靠性；

4）更灵活。SiP可以根据系统的需求进行定义，系统需求变更时，只需替换相应的SiP即可，系统设计及应用更灵活。

二、射频SiP出现的背景及意义

随着军事电子装备和民用通信系统复杂度的日益提升，射频集成技术正从传统的混合集成技术、多芯片组件技术向芯片化的系统级封装技术（SiP）快速发展。通过在SiP内对多个芯片进行平面或立体堆叠集成，极大的提高了系统集成度，减轻了系统的体积和重量。射频SiP得以快速发展，原因主要有以下几个方面：

1）缩短了研发周期。通过将系统分解为多个功能SiP，系统的研发难度大幅降低。且单个SiP可以快速验证，多个SiP可以并行研制，因此，系统的研发速度得以大幅加快。

2）降低了研制费用。由于SiP的研制费用相对较低，而SiP的技术成熟度相对较高，因此降低了系统研制的风险，降低了研制费用。另外，SiP可以复用，也避免了重复投入。

3）集成度更高。SiP采用微组装工艺或半导体集成工艺进行集成，集成技术较为先进，另外，SiP可对芯片进行并排或立体堆叠，可极大提高系统集成度。

4）可解决异质集成问题。目前半导体工艺技术尚不能将Si、SiGe、GaAs、GaN等不同材料和工艺的芯片集成在一片晶圆上。而SiP可以采用表面贴装技术和微组装工艺将不同类型芯片、无源和有源器件集成在一个芯片封装内，实现较为负载的功能。

三、铜核BGA球在射频SiP上的应用

为了提高集成度，射频SiP正在由2D集成的SiP向2.5D、3D集成的SiP发展。

由于采用的集成工艺不同，2.5D、3D射频SiP的形式也不同，其中一种2.5D集成的射频SiP由多层高密度基板堆叠而成，多层高密度基板间使用锡球进行信号传输。

在某些射频SiP中，高密度基板上有裸芯片及键合互连线，因此锡球既进行信号传输，同时又作为结构支撑，作为结构支撑时，为了保护裸芯片及键合互连线不受损害，需要严格控制锡球焊接后的高度，在此背景下，铜核球的优势就凸显了。

铜核球是一种复合式多层次的焊锡球，一般包含铜球、镀镍层、镀锡层三部分。铜球核心是铜，直径一般在0.03-0.5mm；镀镍层厚度一般在2-3um，主要作用是降低铜球和基板或钎料镀层之间的润湿行为，有效的防止铜和基板或钎料镀层中其它金属间的扩散，镀镍层为非必需层，可以根据基板材质和钎料镀层进行考虑；钎料镀层是铜核球的有效焊接部分，厚度通常在3-30um，成分可以根据焊接性能和条件不同采用纯锡，SAC，SC等。