文档介绍：第5章 BGA和CSP的封装技术
BGA的基本概念、特点和封装类型
BGA(Ball Grid Array)即“焊球阵列”。它是在基板的下面按阵列方式引出球形引脚,在基板上面装配LSI芯片(有的BGA引脚端与芯片在基板同一面),是LSI芯片用的一种表面安装型封装。
BGA的基本概念和特点
Motorola
BGA具有以下特点:
(1)失效率低。使用BGA,可将窄节距QFP的焊点失效率减小两个数量级,且无需对安装工艺作大的改动。
(2),可以利用现有的SMT工艺设备。
(3)提高了封装密度,改进了器件引脚和本体尺寸的比率。

(4)由于引脚是焊球,可明显改善共面性,大大地减少了共面失效。
(5)BGA引脚牢固,不像QFP那样存在引脚易变形问题。
(6)BGA引脚很短,使信号路径短,减小了引脚电感和电容,改善了电性能。
(7)焊球熔化时的表面张力具有明显的“自对准”效应,从而可大为减少安装、焊接的失效率。
(8)BGA有利于散热。
(9)BGA也适合MCM的封装,有利于实现MCM的高密度、高性能。
BGA封装按基板的种类,分为:PGBA(塑封BGA)、CBGA(陶瓷BGA)、CCGA(陶瓷焊柱阵列)、TBGA(载带BGA)、MBGA(金属BGA)、FCBGA(倒装芯片BGA)和EBGA(带散热器BGA)等。
BGA的封装类型和结构
PBGA封装结构如图所示,焊球做在PWB基板上,在芯片粘接和WB后模塑。采用的焊球材料为共晶或准共晶Pb-Sn合金。焊球的封装体的连接不需要另外的焊料。PBGA封装的优点如下:
(1)和环氧树脂电路板的热匹配性好。
(2)对焊球的共面要求宽松,因为焊球参与再流焊时焊点的形成。
(3)安放时,可以通过封装体边缘对准。
(4)在BGA中成本最低。
(5)电性能良好。
(6)与PWB连接时,焊球焊接可以自对准。
(7)可用于MCM封装。
PBGA封装的缺点主要是对湿气敏感。
下图为CBGA封装结构,最早源于IBM公司的C4倒装芯片工艺。采用双焊料结构,用10%Sn-90%Pb高温焊料制作芯片上的焊球,用低熔点共晶焊料63%Sn-37%Pb制作封装体的焊球。此方法也称为焊球连接(SBC)工艺。
CBGA封装的优点如下:
(1)可靠性高,电性能优良。
(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)。
(5)和MCM工艺相容。
(6)连接芯片和元件的返修性好。
下图为FCBGA封装结构。FCBGA通过FC实现芯片与BGA衬底的连接。FCBGA有望成为发展最快的一种BGGA封装。其优点如下:
(1)电性能优良,如电感、延迟较小。
(2)热性能优良,背面可安装散热器。
(3)可靠性高。
(4)与SMT技术相容,封装密度高。
(5)可返修性强。
(6)成本低。
EBGA与PBGA相比较,PBGA一般是芯片正装,而EBGA是芯片倒装,芯片背面连接散热器,因此耗散功率大。它的特点主要是性能优于PBGA,其他性能基本与PBGA相似。
BGA的封装技术
PBGA中的焊球做在PWB基板上,在芯片粘接和WB后模塑。下面以OMPAC为例,简要介绍BGA的制作过程。
如图为Motorola公司生产的OMPAC(模塑BGA)的结构示意图。其制作过程如下:
BGA的封装技术