球栅阵列

球栅阵列（Ball Grid Array，简称BGA）封装技术为应用在集成电路上的一种表面黏着技术，此技术常用来永久固定如微处理器之类的的装置。BGA封装能提供比其他如双列直插封装（Dual in-line package）或四侧引脚扁平封装（Quad Flat Package）所容纳更多的接脚，整个装置的底部表面可全作为接脚使用，而不是只有周围可使用，比起周围限定的封装类型还能具有更短的平均导线长度，以具备更佳的高速效能。

1 BGA封装的定义

球栅阵列（Ball Grid Array,简称BGA）封装是在封装体基板的底部制作阵列，焊球作为电路的I/O端与印刷线路板（PCB）互接。采用该项技术封装的器件是一种表面贴装型器件。

BGA(Ball Grid Array),简称BGA,译为球形触点阵列封装，也可译为“球栅阵列”或“网络焊球阵列”和“球面阵”等等。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LSI（部分BGA芯片与引出端在基板同一面）是多引脚LSI用的一种表面贴装型封装。

2 BGA封装的特点

与传统的脚形贴装器件相比，BGA封装器件具有如下特点：

（1）成品率高。采用BGA可将细间距QFP的焊点的失效率200x10-6再减小到两个数量级，且无需对工艺作大的改动。

（2）设备简单。BGA焊点的中心距一般为1.27mm，可以利用现有SMT工艺设备。而QFP的引脚中心距如果小到0.3mm时，引脚间距只有0.15mm,则需要很精密的安放设备以及完全不同的焊接工艺，并且实现起来极为困难。

（3）引脚数量大。改进了器件引出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）共面损坏小。明显改善共面问题，减少了共面损坏。

（5）引脚牢固。BGA引脚牢固，不像QFP那样存在引脚变形问题。

（6）电性能好。BGA引脚很短，使信号路径短，减小了引线电感和电容，增强了电性能。

（7）散热性好。球形触点阵列有利于散热。

（8）封装密度高。BGA适合MCM的封装需要，有利于实现MCM的高密度、高性能。

3 BGA封装的分类

BGA的封装类型多种多样，其外形结构为方形或矩形。根据其焊接球的排布方式可分为周边行、交错型和全阵列型BGA，如图所示。

目前市场上出现的BGA封装，按基板材料分类，可以分为PBGA（塑料BGA）、CBGA（陶瓷BGA）和TBGA（载带BGA）三种。

（1）PBGA

（Plasric Ball Grid Array 简称PBGA）做在叠层高温基板上，在芯片链接和丝焊后模压。有些PBGA封装结构中带有空腔，空腔分为上空腔和下空腔两种。这种带空腔的PBGA,称为热强性BGA，简称EBGA。PBGA封装采用的焊接材料为共晶或准共晶SnPb合金。焊球和封装体的连接不需要另外的焊接。

PBGA封装的优点如下：（1）与环氧树脂电路板的热匹配性好；（2）对焊球的共面要求宽松，原因是焊球参与再流焊时焊点的形成，焊球共面指标为250um是可以接受的；（3）安放时可以通过封装体边缘对准；（4）成本较低；（5）电性能良好。

PBGA封装的缺点：对湿气敏感，不适用于有气密性要求和可靠性要求高的器件的封装。

（2）陶瓷球栅阵列

（Ceramic Ball Grid Array 简称CBGA）封装在BGA封装系列中的历史最长。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10Sn90Pb,焊球和封装体的连接需要使用低温共晶焊料。其结构如图所示。

CBGA封装的优点：（1）封装组件的可靠性高；（2）共面性好，焊点成形容易；（3）对湿气不敏感；（4）封装密度高（焊球为全阵列分布）。

CBGA封装的缺点：（1）由于热膨胀系数不同，因此和环氧树脂印制电路板的热匹配性差，焊点疲劳是主要失效形式；（2）焊球在封装体边缘的对准困难；（3）封装成本高。

陶瓷柱栅阵列（Ceramic Column Grid Array 简称CCGA）器件是CBGA的改进型，如图所示。两者的区别主要在于：CCGA采用直径为0.5mm、高度为1.25mm~2.2mm的焊料柱替代CBGA中的0.87直径的焊料球，以提高其焊点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB板之间的剪切能力。

（3）载带球栅阵列

（Tape Ball Grid Array 简称TBGA)封装是一种相对新颖的BGA封装形式。TBGA封装的芯片基板互连方式有两种：倒装焊键合和引线键合。倒装焊键合结构示意图如图所示。芯片倒装键合在多层布线柔性载带上；用作电路I/O端的周边阵列焊料球安装在柔性载带下面；它的后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。

腔体朝下的引线键合TBGA结构示意图如图所示。芯片粘结在芯腔的铜热沉上；芯片焊盘与多层布线柔性载带基片焊盘用键合引线实现互连；用密封剂将电路芯片、引线、柔性载带焊盘包封（灌封或涂敷）起来。

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