文档介绍：BGA封装技术
摘要:本文简述了BGA封装产品的特点、结构以及一些BGA产品的封装工艺流程,对BGA封装中芯片和基板两种互连方法--引线键合/倒装焊键合进行了比较以及对几种常规BGA封装的成本/性能的比较,并介绍了BGA产品的可靠性。另外,还对开发我国BGA封装技术提出了建议。
关键词:BGA;结构;基板;引线键合;倒装焊键合
中图分类号: 文献标识码
1引言
在当今信息时代,随着电子工业的迅猛发展,计算机、移动电话等产品日益普及。人们对电子产品的功能要求越来越多、对性能要求越来越强,而体积要求却越来越小、重量要求越来越轻。这就促使电子产品向多功能、高性能和小型化、轻型化方向发展。为实现这一目标,IC芯片的特征尺寸就要越来越小,复杂程度不断增加,于是,电路的I/O数就会越来越多,封装的I/O密度就会不断增加。为了适应这一发展要求,一些先进的高密度封装技术就应运而生,BGA封装技术就是其中之一。集成电路的封装发展趋势如图1所示。从图中可以看出,目前BGA封装技术在小、轻、高性能封装中占据主要地位。
BGA封装出现于90年代初期,现已发展成为一项成熟的高密度封装技术。在半导体IC的所有封装类型中,1996-2001年这5年期间,BGA封装的增长速度最快。在1999年,BGA的产量约为10亿只,在2004年预计可达36亿只。但是,到目前为止该技术仅限于高密度、高性能器件的封装,而且该技术仍朝着细节距、高I/O端数方向发展。BGA封装技术主要适用于PC芯片组、微处理器/控制器、ASIC、门阵、存储器、DSP、PDA、PLD等器件的封装。
2 BGA封装的特点
BGA(Bdll Grid Array)封装,即焊球阵列封装,它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。与传统的脚形贴装器件(LeadedDe~ce如QFP、等)相比,BGA封装器件具有如下特点。
1)I/O数较多。BGA封装器件的I/O数主要由封装体的尺寸和焊球节距决定。由于BGA封装的焊料球是以阵列形式排布在封装基片下面,因而可极大地提高器件的I/O数,缩小封装体尺寸,节省组装的占位空间。通常,在引线数相同的情况下,封装体尺寸可减小30%以上。例如:CBGA-49、BGA-320()-44()和MOFP-304()相比,封装体尺寸分别缩小了84%和47%,如图2所示。
2)提高了贴装成品率,潜在地降低了成本。传统的QFP、器件的引线脚均匀地分布在封装体的四周,、、、、。当I/O数越来越多时,其节距就必须越来越小。而当节距<,SMT设备的精度就难以满足要求。加之引线脚极易变形,从而导致贴装失效率增加。其BGA器件的焊料球是以阵列形式分布在基板的底部的,可排布较多的I/O数,、、,细节距BGA(印BGA,也称为CSP-BGA,当焊料球的节距<,可将其归为CSP封装)、、,与现有的SMT工艺设备兼容,其贴装失效率<10ppm。
3)BGA的阵列焊球与基板的接触面大、短,有利于散热。
4)BGA阵列焊球的引脚很短,缩短了信号的传输路径,减小了引线电感、电阻,因而可改善电路的性能。
5)明显地改善了I/O端的共面性,极大地减小了组装过程中因共面性差而引起的损耗。
6)BGA适用于MCM封装,能够实现MCM的高密度、高性能。
7)BGA和~BGA都比细节距的脚形封装的IC牢固可靠。
3 BGA封装的类型、结构
BGA的封装类型多种多样,其外形结构为方形或矩形。根据其焊料球的排布方式可分为周边型、交错型和全阵列型
BGA,如图3所示:根据其基板的不同,主要分为三类:PBGA(PlasticballZddarray塑料焊球阵列)、CBGA(ceramicballSddarray陶瓷焊球阵列)、TBGA (tape ball grid array载带型焊球阵列)。
PBGA(塑料焊球阵列)封装
PBGA封装,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63Sn37Pb或准共晶焊料62Sn36Pb2Ag(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封装的结构示意图如图4。有一些PBGA封装为腔体结构,分为腔体朝上和腔体朝下两种。这种带腔体的PBGA是为了增强其散热性能,称之为热增强型BGA,简称EBGA,有的也称之为CPBGA(腔体塑料焊球阵列