BGA封装的特性详解

现代信息时代电子产业发展迅速，计算机和手机等领先的电子产品日益普及。人们开始在电子产品的功能和性能方面不断增加需求，同时不断降低体积和重量方面的需求。到目前为止，多功能，轻量化和小型化已成为现代电子产品的主导发展趋势。为了实现这一目标，IC（集成电路）芯片的特征尺寸必须缩小，其复杂程度不断提高。结果，I/O数量开始上升，包装的I/O密度也开始上升。为了与开发要求兼容，一些先进的高密度封装技术应运而生，其中BGA（球栅阵列）是主要类型，因为它在重量轻，小型化和高性能方面表现出比其他封装形式更有竞争力的优势。

早在20世纪90年代初，BGA封装就出现了，它已经发展成为一种成熟的高密度封装技术。 BGA封装技术已广泛应用于PC芯片，微处理器，ASIC，阵列，存储器，DSP，PDA，PLD等封装。

BGA封装的特性

BGA封装根据封装底座下的焊球阵列实现电路I/O端与PCB（印刷电路板）之间的电气连接。采用BGA封装技术的元件是一种SMD（表面贴装器件）。与传统的引线器件（如QFP，PLCC等）相比，BGA封装元件具有以下特性：

•I/O数量高

I/O的数量取决于器件尺寸和焊球间距。由于采用BGA封装的焊球在基座底部作为阵列分布，因此BGA封装可显着增加元件的I/O数量，缩小封装尺寸并节省装配空间。一般来说，在等效引线的情况下，采用BGA封装技术，封装体体积可以节省至少30％的空间。

•降低成本的高通过率

传统QFP和PLCC元件的引线均匀分布在封装周围，引脚间距为1.27mm，1.0mm，0.8mm，0.65mm或0.5mm。随着I/O数量的增加，引脚间距必须变得越来越小。当间距小于0.4mm时，SMT设备的精度不能满足相应的要求。此外，引线容易变形，因此组装失败率会上升。

然而，BGA封装元件将焊球排列在基座底部的阵列中，可以保持更高的数量I/O。焊球的标准间距为1.5mm，1.27mm和1.0mm。细间距BGA的间距为0.8mm，0.65mm和0.5mm，与SMT设备兼容。

BGA封装的其他特性包括：
•BGA焊球与BGA焊球之间的接触面积基极大而短，有利于散热。
•BGA具有更短的引线，缩短信号传输路径，降低引线的电感和电阻以及优化电路性能。•BGA可明显改善I/的共面性结束时，由于组装过程中的共面性差，显着降低了损耗。
•BGA适用于MCM封装，可实现MCM的高密度和高性能。
•BGA和细间距BGA均为比细间距引线IC更可靠。

BGA封装的分类和结构

BGA有多种类型的封装，结构大多为正方形和矩形。根据焊球的分布类型，BGA可分为外围，矩阵和完整阵列。根据不同的基底材料，BGA可分为PBGA（塑料球栅阵列），CBGA（陶瓷球栅阵列）和TBGA（带球栅阵列）。

•PBGA封装

PBGA依靠BT树脂或玻璃层压板作为基础，塑料作为密封材料，采用共晶焊料63Sn37Pb作为焊球材料。焊球和封装之间的连接不需要额外的焊料。一些PBGA封装采用腔体结构，分为向上腔和向下腔。具有腔结构的PBGA加强了它们的散热，因此它们也被称为EBGA。

PBGA具有以下优点：
a。与PCB板更好的热兼容性
b。焊球和焊盘之间的对准更高 - c。降低成本
d。出色的电气性能

•CBGA包装

CBGA在所有类型的BGA中历史最悠久。 CBGA采用多层陶瓷为基础，利用金属盖板将BGA元件焊接到基座上，以保护芯片，引线和焊盘。焊球材料是高温共晶焊料10Sn90Pb，焊球与封装之间的连接取决于低温共晶焊料63Sn37Pb。

CBGA封装的优点包括：
a。更好的气密性和更高的抗湿度，可实现长期和高可靠性
b。比PBGA更好的电气绝缘
c。比PBGA更高的包装密度
d。比PBGA具有更高的散热性能

CBGA封装的缺点包括：
a。由于陶瓷基板和PCB板在CTE（热膨胀系数）方面的差异很大，因此CBGA具有低热兼容性，由于焊点疲劳而易于失效。
b。成本高于PBGA
c。封装边缘焊球的对准难度较高。

•CCGA封装

CCGA，一种短型陶瓷柱grid array，是CBGA的改进版本。 CCGA与CBGA的区别在于CCGA利用直径为0.5mm，高度为1.25mm至2.2mm的焊料柱来代替直径为0.87mm的焊球，使CCGA的焊点更能够击败焊点。疲劳。

•TBGA封装

TBGA是一种腔体结构，芯片与底座之间有两种互连类型：倒置焊接和引导键合。

TBGA的优点包括：
a。磁带和PCB板之间更好的热兼容性
b。 TBGA可以使用焊球的自对准，即焊球的表面张力，以满足焊球和焊盘之间的对准要求。所有BGA封装中的最低成本
d。比PBGA更好的散热

TBGA的缺点包括：
a。对湿度敏感
b。不同材料的多级组合不利于可靠性维护。