[实用新型]球格阵列集成电路元件的封装结构

说明书

本实用新型涉及一种球格阵列集成电路(BGA IC，Ball-Grid ArrayIntegrated Circuit)元件的制作，特别是涉及一种具有支撑垫，可避免发生飞碟坠落情形(空焊与短路)的球格阵列集成电路元件的封装结构。

球格阵列(Ball Grid Array；以下简称BGA)集成电路(IC)，为一种新一代的高接脚数IC封装(packaging)，其适用于今日以次微米分辨率所制造出来的，极大规模集成电路(Ultra-Large Scale Integration-ULSI)的封装使用。由于集成电路的功能越来越复杂，以晶体管为单位的电路数量积集程度越来越高，故传统的QFP(quad flat pack)或PGA(pin-grid array)已逐渐不符合实际应用的要求。例如，常见的QFP与PGA只能提供一百至二百支IC接脚(PIN)，而对于今日复杂的数字逻辑电子电路IC而言，显然是不够使用的。

对于今日广泛使用的以六十四比特微处理器为基础的个人电脑而言，其核心逻辑(core logic)电路，必须与微处理器以及诸如做为系统主存储器的DRAM，与做为快取存储器的SRAM等，各以六十四比特的全总线宽度连接。因此，若此种核心逻辑被制作成为单一芯片的IC，单只是各数据总线与其对应的各个地址总线，便必须使用到接近两百支接脚，若再加上其他的控制信号，便轻易地会超过三百支接脚。BGA IC封装即为一种可以符合此种高接脚数要求的封装。

以印刷电路技术为基础的一小片印刷电路基板(Printed Circuit Board；以下简称PCB)，构成了球格阵列封装的基底板(substrate)。如同熟悉本领域技术人员已知的，切割之后的半导体电路芯片(die)是先由自动化的取放机(pick-and-place machines)粘固于此基板的表面上，并再由焊线机(wire-bonding machines)将电路芯片上的接线垫以金属线连接至球格阵列封装印刷电路基板上的对应焊垫上。之后再由灌胶机将整个电路芯片，包括其焊线及焊垫等，全部予以密封。待灌胶硬化之后，基板背面的球格阵列中的数百个焊球，再由回焊炉(solder reflow)处理形成。

综上所述，由于目前IC内的逻辑功能越来越多样化，工作频率也已高达数百MHz的程度，使得对于IC封装的要求必须要能提供数目够多的输入输出焊垫(IO Pad)，同时要能缩短晶粒(die)至接脚的引线长度数目。因此，近年来BGA封装已成为高积集度IC包装的主流，而使用BGA封装具有下列优点：

(1)可提供数目够多的输入输出焊垫。

(2)IC封装尺寸小，适用于小型装置例如笔记本电脑(Notebook)。

(3)引线电感小，适用于高速电路并可减少接地跳动(Ground Bounce)。

(4)将传统的引线接脚(Lead PIN)连接方式，改善为使用锡球(Ball)的方式与PCB接触，避免封装搬运时，造成接脚弯折或偏移情形。

然而，BGA封装同时也存在有一些缺点。如图1绘示的是现有一种BGA封装的下视图。传统BGA封装10的基底板背面12配置有多个球格阵列锡球14。由于接脚改为使用锡球的方式与PCB接触，对于生产的条件要求较严格，因为BGA封装是属于可进行表面镶嵌技术(Surface-MountTechnology；以下简称SMT)的元件，而所谓的SMT就是把BGAIC固定于PCB的技术方法，在生产时的SMT阶段后，经过氮气回焊炉时，BGA基底板下的锡球便会融化。此时，若氮气回焊炉的温度时间曲线没有控制好，便会造成相邻两锡球短路如图2所示，或造成空焊现象如图3所示。

请参照图4，此时若观察此故障的BGAIC 16，便会发现其本体与PCB18的接触有如飞碟坠落一般，翘起来的一侧即造成空焊20，而另一端也就反过来是短路22，如图4所示。上述现象只会出现在BGA封装的元件上，这种封装没有支撑IC本体支柱(如PGA的接脚)，是目前BGA封装本身固有的缺点。

此外，在SMT生产过程中，当我们要把BGAIC固定在PCB时，即要将BGAIC基底板下的锡球接触PCB表面的锡膏，若在到达定位前，太高地将BGAIC放下，则BGAIC从高处跌落，使PCB表面的锡膏散开，若太低才将BGA IC放下，则容易压挤到PCB上的锡膏，两者都会使PCB上的锡膏，处于较不太适合焊接的情况，因而无论如何都容易造成接触时的短路或空焊情形。再者，由于PCB受热弯曲，也会使得BGA IC固定于PCB时，造成放置不平的情形发生，进而造成生产上的不良效果。