IC載板技術 - BGA封裝的優點與缺點

BGA（Ball Grid Array）封裝，即球栅陣列封裝，它是在封裝體基板的底部製作陣列焊球作為電路的I/O端與印刷線路板（PCB）互接。 採用該項科技封裝的器件是一種表面貼裝型器件。

BGA封裝分類

1、PBGA（Plastic BGA）基板：一般為2-4層有機材料構成的多層板。 Intel系列CPU中，Pentium II、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直接綁定在板子上，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，晶片與基板間的電力連接通常採用倒裝晶片（FlipChip，簡稱FC）的安裝方式。 Intel系列CPU中，Pentium I、II、Pentium Pro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（Carity Down PBGA）基板：指封裝中央有方型低陷的晶片區（又稱空腔區）

BGA封裝

現時IC的封裝樣式有很多，並且各有千秋，比如比較主流的封裝管道有BGA封裝、SOP封裝、QFN封裝、PLCC封裝、SSOP封裝、QFP封裝等。 那麼今天我們分享一下BGA封裝優點與BGA封裝缺點。

BGA封裝的優點

1、BGA體積小記憶體容量大，同樣記憶體IC在相同容的量下，BGA體積只有SOP封裝的三分之一。

2、QFP、SOP的封裝引脚分佈在本體四周，當引脚多，間距縮小到一定程度，引脚易變形彎曲，但是BGA焊球在封裝底部，間距反而增大，大大提高了成品率。

3、電器效能好，BGA引脚很短，用錫球代替了引線，訊號路徑短。 减小了引線電感和電容，增强了電器效能。

4、散熱性好，球形觸點陣列與基板接觸面形成間隙，有利於本體散熱。

5、BGA本體與PCB板有良好的共面性，能有效保證焊接質量。

BGA封裝的缺點

1、BGA焊接後質量檢查和維修比較困難，必須使用X-Ray透視檢測，才能確保焊接連接的電器效能。 無法通過肉眼與AOI來判定檢測質量。

2、BGA引脚在本體的底部，易引起焊接陰影效應，囙此對焊接溫度曲線要求較高。 必須要即時監測焊接實際溫度。

3、BGA引脚個別焊點焊接不良，必須把整個BGA取下來重新植球，再進行第二次貼片焊接。 影響直通率及電器效能。

4、BGA封裝很牢靠，同20mil間距的QFP相比，BGA沒有可以彎曲和折斷的引脚。 焊接牢靠，一般如果要拆除BGA封裝的話必須使用BGA返修臺高溫進行拆除才能够完成。

BGA封裝基板

BGA的封裝類型多種多樣，其外形結構為方形或矩形。 根據其焊料球的排布管道可分為周邊型、交錯型和全陣列型BGA，根據其基板的不同，主要分為三類：PBGA（PlasticballZddarray塑膠焊球陣列）、CBGA（ceramicballSddarray陶瓷焊球陣列）、TBGA（tape ball grid array載帶型焊球陣列）。

PBGA（塑膠焊球陣列）封裝

PBGA封裝，它採用BT樹脂/玻璃層壓板作為基板，以塑膠（環氧模塑混合物）作為密封材料，焊球為共晶焊料63Sn37Pb或准共晶焊料62Sn36Pb2Ag（已有部分製造商使用無鉛焊料），焊球和封裝體的連接不需要另外使用焊料。 有一些PBGA封裝為腔體結構，分為腔體朝上和腔體朝下兩種。 這種帶腔體的PBGA是為了增强其散熱效能，稱之為熱增强型BGA，簡稱EBGA，有的也稱之為CPBGA（腔體塑膠焊球陣列）。

PBGA封裝的優點如下：

1、與PCB板（印刷線路板-通常為FR-4板）的熱匹配性好。 PBGA結構中的BT樹脂/玻璃層壓板的熱膨脹係數（CTE）約為14ppm/℃，PCB板的約為17ppm/cC，兩種材料的CTE比較接近，因而熱匹配性好。

2、在回流焊過程中可利用焊球的自對準作用，即熔融焊球的表面張力來達到焊球與焊盤的對準要求。

3、成本低。

4、電性能良好。

PBGA封裝的缺點是：對濕氣敏感，不適用於有氣密性要求和可靠性要求高的器件的封裝。

CBGA（陶瓷焊球陣列）封裝

在BGA封裝系列中，CBGA的歷史最長。 它的基板是多層陶瓷，金屬蓋板用密封焊料焊接在基板上，用以保護晶片、引線及焊盤。 焊球材料為高溫共晶焊料10Sn90Pb，焊球和封裝體的連接需使用低溫共晶焊料63Sn37Pb。 標準的焊球節距為1.5mm、1.27mm、1.0mm。

CBGA（陶瓷焊球陣列）封裝的優點如下：

1、氣密性好，抗濕氣效能高，因而封裝組件的長期可靠性高。

2、與PBGA器件相比，電絕緣特性更好。

3、與PBGA器件相比，封裝密度更高。

4、散熱效能優於PBGA結構。

CBGA封裝的缺點是：

1、由於陶瓷基板和PCB板的熱膨脹係數（CTE）相差較大（A1203陶瓷基板的CTE約為7ppm/cC，PCB板的CTE約為17ppm/筆），囙此熱匹配性差，焊點疲勞是其主要的失效形式。

2、與PBGA器件相比，封裝成本高。

3、在封裝體邊緣的焊球對準難度增加。

CCGA（ceramiccolumnSddarray）陶瓷柱栅陣列

CCGA是CBGA的改進型。 二者的區別在於：CCGA採用直徑為0.5mm、高度為1.25mm~2.2mm的焊料柱替代CBGA中的0.87mm直徑的焊料球，以提高其焊點的抗疲勞能力。 囙此柱狀結構更能緩解由熱失配引起的陶瓷載體和PCB板之間的剪切應力。

TBGA（載帶型焊球陣列）

TBGA是一種有腔體結構，TBGA封裝的晶片與基板互連管道有兩種：倒裝焊鍵合和引線鍵合。 倒裝焊鍵合結構； 晶片倒裝鍵合在多層佈線柔性載帶上； 用作電路I/O端的周邊陣列焊料球安裝在柔性載帶下麵； 它的厚密封蓋板又是散熱器（熱沉），同時還起到加固封裝體的作用，使柔性基片下麵的焊料球具有較好的共面性。

TBGA的優點如下：

1、封裝體的柔性載帶和PCB板的熱匹配效能較

2、在回流焊過程中可利用焊球的自對準作用，

印焊球的表面張力來達到焊球與焊盤的對準要求。

3、是最經濟的BGA封裝。

4、散熱效能優於PBGA結構。

TBGA的缺點如下：

1、對濕氣敏感。

2、不同材料的多級組合對可靠性產生不利的影響。

有BGA封裝的PCB基板