BGA技術的發展

BGA 封裝現已發展成為一項成熟的高密度封裝技術。它的 I/O 引線以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面，引線間距大，引線長度短，這樣 BGA 消除了精細間距器件中由于引線而引起的共面性和翹曲的問題。BGA 技術的優點是可增加 I/O 數和間距，消除 QFP 技術的高 I/O 數帶來的生產成本和可靠性問題。

BGA 封裝主要用于高密度、高性能器件的封裝，主要適用于 PC 芯片組、微處理器／控制器、ASIC、門陣列、存儲器、DSP、FPGA 等器件的封裝。BGA 封裝按基板種類與結構可分為塑封BGA（PBGA）、陶瓷 BGA （CBGA）、陶瓷焊柱 BGA（CCGA）、載帶 BGA 等。

陶瓷球柵陣列（CBGA）的特點

CBGA 芯片封裝特點

CBGA（Ceramic Ball Grid Array，陶瓷球柵陣列）封裝具有以下特點：

• 對濕氣不敏感，可靠性好，電、熱性能優良。這是因為其采用陶瓷基板，具有良好的絕緣和導熱性能，能夠有效保護芯片并提供穩定的電氣連接。

• 與陶瓷基板 CTE 匹配性好。這有助于減少因熱膨脹系數不匹配導致的封裝失效問題。

• 連接芯片和元件的可返修性較好。在出現故障時，能夠相對容易地進行維修和更換。

• 裸芯片采用 FCB 技術，互連密度更高。可以實現更多的引腳連接，提高芯片的性能和功能。

• 封裝成本較高。由于陶瓷基板的制造工藝復雜，材料成本較高，導致整體封裝成本上升。

• 與環氧樹脂等基板 CTE 匹配性差。在與某些常見的基板材料結合使用時，可能會因熱膨脹差異產生應力，影響封裝的可靠性。

BGA 芯片封裝特點

BGA（Ball Grid Array，球柵陣列）封裝具有以下特點：

• 除了芯片本身，外部元件很少，沒有大引腳和引出框，整個芯片在 PCB 上的高度可以做到 1.2 毫米。

• 引腳在底部排列整齊，利于芯片的返修，能較容易找到損壞位置進行拆除。

• 信號環路小，在相等引腳數目的條件下，BGA 封裝環路通常是 QFP 或者 SOIC 的 1/2 到 1/3，輻射噪聲小，管腳之間的串擾也變小。

• 可以高效地設計出電源和地引腳的分布情況，地彈效應使得電源和地引腳數量不斷減少。

• 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腳。

• 可以把很多的電源和地引腳放在中間，I/O 口的引線放在外圍，可預先布線，避免 I/O 口走線混亂。

• 高級 BGA 封裝，可以把所有的引腳都正好放置在芯片下面，不會超過芯片的封裝，有利于微型化。

• 焊盤相對較大，在操作返修的時候易于操作。

• 不需要更高級的 PCB 工藝，有足夠的機制來保證硅片上熱量的壓力。

• 本身很小的封裝，有很好的散熱屬性，大多數熱量可以向下傳播到 BGA 的球陣列上，如果硅片是貼在底面的話，那么硅片的背部是和封裝的頂部相連接，這是很合理的散熱方法。

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CBGA 與 BGA 封裝結構對比

BGA 封裝的類型多種多樣，根據基板的不同，主要分為三類：PBGA（Plastic Ball Grid Array 塑料焊球陣列）、CBGA（Ceramic Ball Grid Array 陶瓷焊球陣列）、TBGA（Tape Ball Grid Array 載帶型焊球陣列）。

• PBGA 采用 BT 樹脂/玻璃層壓板作為基板，以塑料作為密封材料，焊球為共晶焊料 63Sn37Pb 或準共晶焊料 62Sn36Pb2Ag，焊球和封裝體的連接不需要另外使用焊料。

• CBGA 的基板是多層陶瓷，金屬蓋板用密封焊料焊接在基板上，用以保護芯片、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。

CBGA 與 BGA 性能差異

• CBGA 具有良好的抗濕氣性能、電絕緣特性和散熱性能，但與 PCB 的熱匹配性差，焊點疲勞是主要的失效形式，且封裝成本高。

• BGA 器件對于貼裝精度的要求不太嚴格，在焊接回流過程中，即使焊球相對于焊盤的偏移量達 50%之多，也會由于焊料的表面張力作用而使器件位置得以自動校正。BGA 不再存在類似 QFP 之類器件的引腳變形問題，而且 BGA 還具有相對 QFP 等器件較良好的共面性，其引出端間距與 QFP 相比要大得多，可以明顯減少因焊膏印刷缺陷導致焊點“橋接”的問題。另外，BGA 還有良好的電性能和熱特性，以及較高的互聯密度。但 BGA 的主要缺點在于焊點的檢測和返修都比較困難，對焊點的可靠性要求比較嚴格，使得 BGA 器件在很多領域的應用中受到限制。

CBGA 與 BGA 應用場景區別

BGA 封裝類型眾多，不同類型的 BGA 封裝在應用場景上有所不同。

• PBGA 由于制作成本低，性價比高，與環氧樹脂基板熱匹配性好，常用于一些對成本較為敏感，對性能要求不是特別高的電子產品中。

• CBGA 因其良好的電、熱性能和可靠性，常用于對可靠性要求較高，工作環境較為惡劣的電子產品，如航空航天、軍事等領域。但由于其成本較高，在一般消費類電子產品中的應用相對較少。

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