33 BGA技术概述《集成电路封装》教学课件

BGA技术集成电路封装与测试目录/Contents0102BGA概述BGA的类型BGA概述

BGA（BallGridArray）意为球形触点阵列，也有人译为“焊球阵列”、“网格焊球阵列”和“球面阵”。即球栅阵列（或焊球阵列）封装，它是在基板的背面按阵列方式制出球形触点作为引脚，在基板正面装配IC芯片（有的BGA芯片与引脚端在基板的同一面），是多引脚大规模集成电路芯片封装采用的一种表面贴装型技术。BGA封装技术是约于1990年年初由美国Motorola与日本Citizen公司共同开发的先进高性能封装技术。BGA的出现源于QFP封装的性能、成本要求：引脚数不断增加、引脚间距越来越小，性价比越来越低。目前BGA已经作为重要的封装形式应用于半导体行业。BGA概述QFP封装BGA封装

BGA球栅阵列封装技术的优点如下：由于互连长度缩短而使得封装性能得到进一步提高，互连所占的板面积较小，通常I/O间距要求也不太严格，可高效地进行功率分配和信号屏蔽。为此，球栅阵列互连从20世纪90年代开始逐渐得到广泛应用。早期的针栅阵列（PinGridArray，PGA）封装一直用于先进的、多I/O器件封装，如80486微处理器等，但目前BGA已逐渐成为这类器件的最佳封装技术。BGA概述80486微处理器BGA技术特点（1）提高成品率。采用BGA可将焊点的失效率减小两个数量级，无需对工艺做较大的改动。（2）BGA焊点的中心距一般为1.27mm，可以利用现有的SMT工艺设备。而QFP的引脚中心距如果小到0.3mm，引脚间距只有0.15mm时，就需要很精密的安放设备以及完全不同的焊接工艺，实现起来极为困难。（3）改进了器件引出端数和本体尺寸的比率。例如，边长为31mm的BGA，当间距为1.5mm时有400只引脚，而当间距为1mm时有900只引脚。相比之下，边长为32mm、引脚间距为0.5mm的QFP只有208只引脚。（4）明显改善共面问题，极大地减少了共面损坏。（5）BGA引脚牢固，不像QFP那样存在引脚变形问题。（6）BGA引脚短，使信号路径短，减小了引线电感和电容，增强了节点性能。（7）球形触点阵列有助于散热。（8）BGA适合MCM的封装需要，有利于实现MCM的高密度、高性能。BGA技术特点BGA的类型

对于在组件体的底部位置安置有大量球栅阵列的BGA器件而言有4种主要的类型。这些组件一般所拥有的焊球节距为1.27~2.54mm，它对贴装精度没有特别的要求。另外，BGA器件具有自动排列对准的特点，如果任何器件的焊球节距发生大约50%的失调现象，那么在再流焊接器件将会发生自动纠正的效果。当焊点发生再流时，器件会“浮动”进入自动校准状态，这是因为熔化了的焊料在表面张力的作用下，将会将表面缩小到最小程度所致。BGA的4种主要形式为塑料球栅阵列（PBGA）、陶瓷球栅阵列（CBGA）、陶瓷圆柱栅格阵列（CCGA）和载带球栅阵列（TBGA）。（1）塑料球栅阵列（PBGA）它采用BT树脂/玻璃层压板作为基板，以塑料（环氧模塑混合物）作为密封材料，焊球为共晶焊料63Sn/37Pb或准共晶焊料62Sn/36Pb/2Ag（目前已有部分制造商使用无铅焊料）。焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料。

PBGA封装的结构示意图BGA的类型（2）陶瓷球栅阵列（CBGA）在BGA封装系列中，CBGA的历史最长。它的基板是多层陶瓷，金属盖板用密封焊料焊接在基板上，用以保护芯片、引线及焊盘。焊球材料为高温共晶焊料（10Sn/90Pb），焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料（63Sn/37Pb）。封装体尺寸为10~35mm，标准的焊球节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm。BGA的类型BGA的类型（3）陶瓷圆柱栅格阵列（CCGA）陶瓷圆柱栅格阵列（CeramicColumnGridArray，CCGA）器件也被称为圆柱焊料载体（SolderColumnCarriers，SCC），它是陶瓷体尺寸大于32mm2的CBGA器件的替代品。在CCGA器件中采用10Sn/90Pb的焊料圆柱阵列来替代陶瓷底面的贴装焊球。这种阵列可以采用全部填充的方法，也可以采用局部填充的方法，圆柱的直径尺寸为0.508mm、高度约为1.8mm、节距为1.27mm。目前采用CCGA封装技术的产品已很少。（4）载带球栅阵列（TBGA）TBGA是一种有腔体结构，TBGA封装的芯片与基板互连方式有两种，即倒装焊键合和引线键合。倒装焊键合是将芯片倒装键合在多层布线柔性载带上，用做电路I/O端的周边阵列焊料球安装在柔性载带下面，它的厚密封盖板又是散热器（热沉），同时还起到加固封装体的作用，使柔性基片下面的焊料球具有较好的共面性