BGA封裝

90年代隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用，LSI、VLSI、ULSI相繼出現，硅單晶元集成度不斷提高，對集成電路封裝要求更加嚴格，I/O引腳數急劇增加，功耗也隨之增大。為滿足發展的需要，在原有封裝品種基礎上，又增添了新的品種——球柵陣列封裝，簡稱BGA(BallGridArrayPackage)。如圖所示。

20世紀90年代隨著技術的進步，晶元集成度不斷提高，I/O引腳數急劇增加，功耗也隨之增大，對集成電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足發展的需要，BGA封裝開始被應用於生產。BGA是英文BallGridArrayPackage的縮寫，即球柵陣列封裝。

BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分佈在封裝下面，BGA技術的優點是I/O引腳數雖然增加了，但引腳間距並沒有減小反而增加了，從而提高了組裝成品率；雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷晶元法焊接，從而可以改善它的電熱性能；厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少；寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高；組裝可用共面焊接，可靠性高。

BGA一出現便成為CPU、南北橋等VLSI晶元的高密度、高性能、多功能及高I/O引腳封裝的最佳選擇。其特點有:

1.I/O引腳數雖然增多，但引腳間距遠大於QFP，從而提高了組裝成品率;

2.雖然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷晶元法焊接，簡稱C4焊接，從而可以改善它的電熱性能:

3.厚度比QFP減少1/2以上，重量減輕3/4以上;

4.寄生參數減小，信號傳輸延遲小，使用頻率大大提高;

5.組裝可用共面焊接，可靠性高;

6.BGA封裝仍與QFP、PGA一樣，佔用基板面積過大;

Intel公司對這種集成度很高(單晶元里達300萬隻以上晶體管)，功耗很大的CPU晶元，如Pentium、PentiumPro、PentiumⅡ採用陶瓷針柵陣列封裝CPGA和陶瓷

球柵陣列封裝CBGA，並在外殼上安裝微型排風扇散熱，從而達到電路的穩定可靠工作。

BGA球柵陣列封裝

隨著集成電路技術的發展，對集成電路的封裝要求更加嚴格。這是因為封裝技術關係到產品的功能性，當IC的頻率超過100MHz時，傳統封裝方式可能會產生

所謂的“CrossTalk”現象，而且當IC的管腳數大於208Pin時，傳統的封裝方式有其困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現今大多數的高腳數晶元（如圖形晶元與晶元組等）皆轉而使用BGA(BallGridArrayPackage)封裝技術。BGA一出現便成為CPU、主板上南/北橋晶元等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。

基板或中間層是BGA封裝中非常重要的部分，除了用於互連布線以外，還可用於阻抗控制及用於電感/電阻/電容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃轉化溫度rS(約為175~230℃）、高的尺寸穩定性和低的吸潮性，具有較好的電氣性能和高可靠性。金屬薄膜、絕緣層和基板介質間還要具有較高的粘附性能。

1、引線鍵合PBGA的封裝工藝流程

①PBGA基板的製備

在BT樹脂/玻璃芯板的兩面層壓極薄（12~18μm厚）的銅箔，然後進行鑽孔和通孔金屬化。用常規的PCB加3232藝在基板的兩面製作出圖形，如導帶、電極、及安裝焊料球的焊區陣列。然後加上焊料掩膜並製作出圖形，露出電極和焊區。為提高生產效率，一條基片上通常含有多個PBG基板。

②封裝工藝流程

圓片減薄→圓片切削→晶元粘結→等離子清洗→引線鍵合→等離子清洗→模塑封裝→裝配焊料球→迴流焊→表面打標→分離→最終檢查→測試斗包裝

晶元粘結採用充銀環氧粘結劑將IC晶元粘結在基板上，然後採用金線鍵合實現晶元與基板的連接，接著模塑包封或液態膠灌封，以保護晶元、焊接線和焊盤。使用特殊設計的吸拾工具將熔點為183℃、直徑為30mil(0．75mm)的焊料球62/36/2Sn/Pb/Ag或63/37/Sn/Pb放置在焊盤上，在傳統的迴流焊爐內進行迴流焊接，最高加工溫度不能夠超過230℃。接著使用CFC無機清洗劑對基片實行離心清洗，以去除殘留在封裝體上的焊料和纖維顆粒，其後是打標、分離、最終檢查、測試和包裝入庫。上述是引線鍵合型PBGA的封裝工藝過程。

2、FC-CBGA的封裝工藝流程

①陶瓷基板

FC-CBGA的基板是多層陶瓷基板，它的製作是相當困難的。因為基板的布線密度高、間距窄、通孔也多，以及基板的共面性要求較高等。它的主要過程是：先將多層陶瓷片高溫共燒成多層陶瓷金屬化基片，再在基片上製作多層金屬布線，然後進行電鍍等。在CBGA的組裝中，基板與晶元、PCB板的CTE失配是造成CBGA產品失效的主要因素。要改善這一情況，除採用CCGA結構外，還可使用另外一種陶瓷基板--HITCE陶瓷基板。

②封裝工藝流程

圓片凸點的製備->圓片切割->晶元倒裝及迴流焊->底部填充導熱脂、密封焊料的分配->封蓋->裝配焊料球->迴流焊->打標->分離->最終檢查->測試->包裝

3、引線鍵合TBGA的封裝工藝流程

①TBGA載帶

TBGA的載帶通常是由聚醯亞胺材料製成的。

在製作時，先在載帶的兩面進行覆銅，然後鍍鎳和鍍金，接著沖通孔和通孔金屬化及製作出圖形。因為在這種引線鍵合TBGA中，封裝熱沉又是封裝的加固體，也是管殼的芯腔基底，因此在封裝前先要使用壓敏粘結劑將載帶粘結在熱沉上。

②封裝工藝流程

圓片減薄→圓片切割→晶元粘結→清洗→引線鍵合→等離子清洗→液態密封劑灌封→裝配焊料球→迴流焊→表面打標→分離→最終檢查→測試→包裝

1.PBGA（PlasticBGA）基板：一般為2-4層有機材料構成的多層板。Intel系列CPU中，PentiumII、III、IV處理器均採用這種封裝形式。近二年又出現了另一種形式：即把IC直接邦定在板子上，它的價格要比正規的價格便宜很多，一般用於對質量要求不嚴格的遊戲等領域。

2.CBGA（CeramicBGA）基板：即陶瓷基板，晶元與基板間的電氣連接通常採用倒裝晶元（FlipChip，簡稱FC）的安裝方式。Intel系列CPU中，PentiumI、II、PentiumPro處理器均採用過這種封裝形式。

3.FCBGA（FilpChipBGA）基板：硬質多層基板。

4.TBGA（TapeBGA）基板：基板為帶狀軟質的1-2層PCB電路板。

5.CDPBGA（CarityDownPBGA）基板：指封裝中央有方型低陷的晶元區（又稱空腔區）。

說到BGA封裝就不能不提Kingmax公司的專利TinyBGA技術，TinyBGA英文全稱為TinyBallGridArray（小型球柵陣列封裝），屬於是BGA封裝技術的一個分支。是Kingmax公司於1998年8月開發成功的，其晶元面積與封裝面積之比不小於1:1.14，可以使內存在體積不變的情況下內存容量提高2～3倍，與TSOP封裝產品相比，其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。

採用TinyBGA封裝技術的內存產品在相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝內存的引腳是由晶元四周引出的，而TinyBGA則是由晶元中心方向引出。這種方式有效地縮短了信號的傳導距離，信號傳輸線的長度僅是傳統的TSOP技術的1/4，因此信號的衰減也隨之減少。這樣不僅大幅提升了晶元的抗干擾、抗噪性能，而且提高了電性能。採用TinyBGA封裝晶元可抗高達300MHz的外頻，而採用傳統TSOP封裝技術最高只可抗150MHz的外頻。

TinyBGA封裝的內存其厚度也更薄（封裝高度小於0.8mm），從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.36mm。因此，TinyBGA內存擁有更高的熱傳導效率，非常適用於長時間運行的系統，穩定性極佳。

採用BGA技術封裝的內存，可以使內存在體積不變的情況下，內存容量提高兩到三倍，BGA與TSOP相比，具有更小體積，更好的散熱性能和電性能。BGA封裝技術使每平方英寸的存儲量有了很大提升，採用BGA封裝技術的內存產品在相同容量下，體積只有TSOP封裝的三分之一；與傳統TSOP封裝方式相比，BGA封裝方式有更加快速有效的散熱途徑。