BGA技术的发展

BGA 封装现已发展成为一项成熟的高密度封装技术。它的 I/O 引线以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，引线间距大，引线长度短，这样 BGA 消除了精细间距器件中由于引线而引起的共面性和翘曲的问题。BGA 技术的优点是可增加 I/O 数和间距，消除 QFP 技术的高 I/O 数带来的生产成本和可靠性问题。

BGA 封装主要用于高密度、高性能器件的封装，主要适用于 PC 芯片组、微处理器／控制器、ASIC、门阵列、存储器、DSP、FPGA 等器件的封装。BGA 封装按基板种类与结构可分为塑封BGA（PBGA）、陶瓷 BGA （CBGA）、陶瓷焊柱 BGA（CCGA）、载带 BGA 等。

陶瓷球栅阵列（CBGA）的特点

CBGA 芯片封装特点

CBGA（Ceramic Ball Grid Array，陶瓷球栅阵列）封装具有以下特点：

• 对湿气不敏感，可靠性好，电、热性能优良。这是因为其采用陶瓷基板，具有良好的绝缘和导热性能，能够有效保护芯片并提供稳定的电气连接。

• 与陶瓷基板 CTE 匹配性好。这有助于减少因热膨胀系数不匹配导致的封装失效问题。

• 连接芯片和元件的可返修性较好。在出现故障时，能够相对容易地进行维修和更换。

• 裸芯片采用 FCB 技术，互连密度更高。可以实现更多的引脚连接，提高芯片的性能和功能。

• 封装成本较高。由于陶瓷基板的制造工艺复杂，材料成本较高，导致整体封装成本上升。

• 与环氧树脂等基板 CTE 匹配性差。在与某些常见的基板材料结合使用时，可能会因热膨胀差异产生应力，影响封装的可靠性。

BGA 芯片封装特点

BGA（Ball Grid Array，球栅阵列）封装具有以下特点：

• 除了芯片本身，外部元件很少，没有大引脚和引出框，整个芯片在 PCB 上的高度可以做到 1.2 毫米。

• 引脚在底部排列整齐，利于芯片的返修，能较容易找到损坏位置进行拆除。

• 信号环路小，在相等引脚数目的条件下，BGA 封装环路通常是 QFP 或者 SOIC 的 1/2 到 1/3，辐射噪声小，管脚之间的串扰也变小。

• 可以高效地设计出电源和地引脚的分布情况，地弹效应使得电源和地引脚数量不断减少。

• 封装很牢靠，同 20mil 间距的 QFP 相比，BGA 没有可以弯曲和折断的引脚。

• 可以把很多的电源和地引脚放在中间，I/O 口的引线放在外围，可预先布线，避免 I/O 口走线混乱。

• 高级 BGA 封装，可以把所有的引脚都正好放置在芯片下面，不会超过芯片的封装，有利于微型化。

• 焊盘相对较大，在操作返修的时候易于操作。

• 不需要更高级的 PCB 工艺，有足够的机制来保证硅片上热量的压力。

• 本身很小的封装，有很好的散热属性，大多数热量可以向下传播到 BGA 的球阵列上，如果硅片是贴在底面的话，那么硅片的背部是和封装的顶部相连接，这是很合理的散热方法。

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CBGA 与 BGA 封装结构对比

BGA 封装的类型多种多样，根据基板的不同，主要分为三类：PBGA（Plastic Ball Grid Array 塑料焊球阵列）、CBGA（Ceramic Ball Grid Array 陶瓷焊球阵列）、TBGA（Tape Ball Grid Array 载带型焊球阵列）。

• PBGA 采用 BT 树脂/玻璃层压板作为基板，以塑料作为密封材料，焊球为共晶焊料 63Sn37Pb 或准共晶焊料 62Sn36Pb2Ag，焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料。

• CBGA 的基板是多层陶瓷，金属盖板用密封焊料焊接在基板上，用以保护芯片、引线及焊盘。焊球材料为高温共晶焊料 10Sn90Pb，焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料 63Sn37Pb。

CBGA 与 BGA 性能差异

• CBGA 具有良好的抗湿气性能、电绝缘特性和散热性能，但与 PCB 的热匹配性差，焊点疲劳是主要的失效形式，且封装成本高。

• BGA 器件对于贴装精度的要求不太严格，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。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。但 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。

CBGA 与 BGA 应用场景区别

BGA 封装类型众多，不同类型的 BGA 封装在应用场景上有所不同。

• PBGA 由于制作成本低，性价比高，与环氧树脂基板热匹配性好，常用于一些对成本较为敏感，对性能要求不是特别高的电子产品中。

• CBGA 因其良好的电、热性能和可靠性，常用于对可靠性要求较高，工作环境较为恶劣的电子产品，如航空航天、军事等领域。但由于其成本较高，在一般消费类电子产品中的应用相对较少。

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