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BGA(
球栅阵列
)
和
Flip
Chip(
倒装片
)
作为当今大规模集成电路的封装形式，逐渐引起电子组装行业的关注，
并且已经在不同领域中得到应用。
随着表面安装技术的发展，
器件引线
间距在不断下降，
传统的
2.54mm
和
1.27mm
间距的器件渐渐被
0.
5mm
的细间距器件所替代
(
图
1)
，这种趋势持续至今，随之又出现有
0.4mm
、
0.3mm
< br>乃至更细间距的表面
安装器件。此外，更先进的封装技术，如自动载带焊
(TAB)
等，可以使得引线间距降至
0.2m
m
或更细的间
距。随着向超细间距领域的发展，表面安装技术受
到了诸如器件间距、引线框架制造精度、设备、材料等
各种因素的限制。在芯片
(die)
级，为增强器件的功能和性能不得不增加
I/O
数和硅片的尺寸，对于如此之
高的
< br>I/O
数，如果采用传统形式的标准间距的封装，则器件尺寸势必会相当大，而如
果采用较小尺寸的封
装形式，
则又会引起引线间距的急剧减小。
较大尺寸封装的采用，
将会使得器件在
PCB
上占用的面积增大，
而且互联的通道会更长，难免会降低
预期的使用性能，况且这些较大尺寸封装的制造并不容易，组装到
P
CB
上的过程也并非如人们所料想的那么简单，
对生产产量
也会有一定的影响，
从而也就增大了整个过程的
组装费用。而对
于满足了较大的
I/O
数，但间距更小的封装，在制造和组装方
面也同样存在挑战，因此，
电子组装者不得不从封装尺寸、引线间距、可制造性等多方面
来考虑，力求寻求更好的封装解决办法。
图
1
IC
封装发展状况
面积阵列封装
(area array package)
就是一种可以解决上述问题的封装形式，它可以在不牺牲器件可
制造
性的前提下提高器件的功能和性能。
QFP
器件的
I/O
引出端通常采用向周边走线的形式，而面积阵列
封装的
I/O
引出端则在器件底部呈矩阵分布，
I/O
数的增大和封装体尺寸的减小是特别明显的，见表
1
和
表
2
。
表
1
封
装体尺寸为
20mm×20mm
的不同间距
BGA
和
QFP
的
I/O
数对比
引线间距
L/mm
< br>QFP
器件
I/O
数
BGA
器件
I/O
数
2.54
1.27
0.64
0.50
0.40
0.25
32
64
124
156
196
312
64
256
961
1521
2401
6084
*
注：完全分布的
BGA
器件
I/O
数
表
2
I/O
数为
300
的不同间距
BGA
和
QFP
的封装体尺寸对比
引线间距
QFP
器件封装体尺寸
BGA
器件封装体尺寸
L/mm
2.54
L/mm
190.5×190.5
L/mm
45.72×45.72
1.27
0.64
0.50
0.40
0.25
95.25×95.25
47.625×47.625
38.10×38.10
30.48×30.48
19.0
5×19.05
22.86×22.86
11.43×11.43
9.144×9.144
7.315×7.315
7.112×7.112
从这两个表可以看出面积阵列封装在器件功能和封装尺寸方面
的优点。然而，由
于面积阵列封装的
I/O
引出端在器件底部，所以在组装方面和
QFP
又有所不同，
更重
要的是必须要改变相应的检测技术。由于焊点在封装体的底部，所以传统的检测手段
，
如视觉检测、非向量测试、在线测试、边界扫描等都不能完全适用，到目前为止，也<
/p>
只有
X
射线才能检测出面积阵列封装焊点
的大部分缺陷，而目前相应的
X
射线检测设
备的费用一般都相当高，因此，在组装过程中，组装者都尽可能严格控制工艺参数，
以期望能减少或避免焊接缺陷的形成，力求避开检测这一难题。
面积阵列封装有其不同的类型，因
此也就有着不同的结构特点和组装方式。面积
阵列封装以其结构形式可分为两大类：
BGA
和
Flip
Chip
。
1
BGA
BGA
主要有四种基本类型：
PBGA
、
CBGA
、
CCGA
和
TBGA
，一般都是在封装体的底部
连接着作为
I/O
引出端的焊球阵列。
这些封装的焊球阵列典型的间距为
< br>1.0mm
、
1.27mm
、<
/p>
1.5mm
，焊球的铅锡组份常见的主要有
63Sn/37Pb
和
90Pb/10Sn
< br>两种，焊球的直径由于
目前没有这方面相应的标准而各个公司不尽相同。从
BGA
的组装技术方面来看，
BGA
有着比
QFP
器件更优越的特点，
其主要体现在
BGA
器件对于贴装精度的要求不太严
格，
理论上讲，
在焊接回流过程中，
即
使焊球相对于焊盘的偏移量达
50%
之多，
也会由于焊
料的表面张力作用而使器件位置得以自动校正，这种情况经实验证明是相
当明显的。
其次，
BGA
不再存在类似
QFP
之类器件的引脚变形问题，
而且
BGA
还具有相对
QFP
等器
件较良好的共面性，其引出端间距与
QFP
相比要大得多，可以明显减少因焊膏印刷缺
陷导致焊点“桥接”的问
题；
另外，
BGA
还有良好的电性能和
热特性，
以及较高的互联
密度。
BGA
的主要缺点在于焊点的检测和返修都比较困难，
对焊点的可靠性
要求比较严
格，使得
BGA
器件在很多
领域的应用中受到限制。
以下就四种基本类型的
BGA
，从其结构特点
等多方面加以阐述。
1.1
PBGA(Plastic Ball Grid
Array
塑封球栅阵列
)
PBGA
即通常所说的
OMPAC(Overmolded
Plastic
Array
Car
rier)
，是最普通的
BGA
封装类
型
(
见图
2)
。
PBGA
的载体是普通的印制板基材，例如
< br>FR
－
4
、
BT
树脂等。硅片
通过金属丝压焊方式连接到载体的上表面
，然后用塑料模压成形，在载体的下表面连
接有共晶组份
(37
Pb/63Sn)
的焊球阵列。
焊球阵列在器件底面上可以呈完
全分布或部分
分布
(
见图
3)
，
通常的焊球尺寸
0.
75
～
0.89mm
左右，
焊球节距有
1.0mm
、
1.27mm
、
1.5mm
几种。
图
2
PBGA
内部结构
图
3
部分分布与完全分布示意图
PBGA
可以用现有的表面安装设
备和工艺进行组装。
首先通过漏印方式把共晶组份焊膏印刷到相应的
P
CB
焊盘上，然后把
PBGA<
/p>
的焊球对应压入焊膏并进行回流，因漏印采用的焊膏和封装体的焊球均为共晶焊
料，所以在回流过程中焊球和焊膏共熔，由于器件重量和表面张力的作用，焊球坍塌使得器件底部和
PCB
之间的间隙减小，焊点固化后呈椭球形。目前，
PBGA169
～
313
已有批量生产，各大公司正不断开发更高的
I/O
数的
PBGA
产品，预计在近两年内
I/O
数可达
600
～
10
00
。
PBGA
封装的主要优点：
①可以利用现有的组装技术和原材
料制造
PBGA
，整个封装的费用相对较低。
< br>
②和
QFP
器件相比，不易受到机械损伤。
③可适用于大批量的电子组装。
PBGA
技术的主要挑战是保证封装
的共面性、减少潮气的吸收和防止“popcorn”现象的产生以及解决
因日趋增大的
硅片尺寸引起的可靠性问题，对于更高
I/O
数的封装，
PBGA
技术的难度将更大。由于载体所
用材
料是印制板基材，所以在组装件中
PCB
和
PBGA
载体的热膨胀系数
(TCE)
近乎相同，因此在回流焊接过
程中，对焊点几乎不产生应力，对焊点的可靠性影响也
较小。目前
PBGA
应用遇到的问题是如何继续减少
P
BGA
封装的费用，使
PBGA
能在
I/O
数较低的情况下仍
比
QFP
节省费用。
1.2
CBGA(Ceramic Ball Grid
Array
陶瓷球栅阵列
)
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