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：