随着集成电路技术的发展,对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装技术关系到产品的功能性,当IC的频率超过100MHz时,传统封装方式可能会产生所谓的“CrossTalk”现象,而且当IC的管脚数大于208 Pin时,传统的封装方式有其困难度。因此,除使用QFP封装方式外,现今大多数的高脚数芯片(如图形芯片与芯片组等)皆转而使用BGA(Ball Grid Array P ackage)封装技术。
用途:BGA一出现便成为CPU、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。
BGA 球栅阵列封装图解
BGA封装技术又可详分为五大类:
1.PBGA(Plasric BGA)基板:
PBGA是最普遍的BGA封装类型,其载体为普通的印制板基材,如FR—4等。硅片通过金属丝压焊方式连到载体的上表面,然后塑料模压成型。有些PBGA封装结构中带有空腔,称热增强型BGA,简称EBGA。下表面为呈部分或完全分布的共晶组份(37Pb/63Sn)的焊球阵列,焊球间距通常为1.0mm、1.27mm、1.5mm。
PBGA有以下特点:
其载体与PCB材料相同,故组装过程二者的热膨胀系数TCE(Thermal Coefficient Of Expansion)几乎相同,即热匹配性良好。
组装成本低。
共面性较好。
易批量组装。
电性能良好。
Intel系列CPU中,Pentium II、I II、IV处理器均采用这种封装形式。
2.CBGA(Ceramic BGA)基板:
即陶瓷基板,芯片与基板间的电气连接通常采用倒装芯片(FlipChip,简称FC)的安装方式。
硅片采用金属丝压焊方式或采用硅片线路面朝下,以倒装片方式实现与载体的互联,然后用填充物包封,起到保护作用。陶瓷载体下表面是90Pb/10Sn的共晶焊球阵列,焊球间距常为1.0mm和1.27mm。
CBGA具有如下特点:
优良的电性能和热特性。
密封性较好。
封装可靠性高。
共面性好。
封装密度高。
因以陶瓷作载体,对湿气不敏感。
封装成本较高。
组装过程热匹配性能差,组装工艺要求较高。
Intel系列CPU中,Pentium I、II、Pentium Pro处理器均采用过这种封装形式。
3. FCBGA(FilpChipBGA)基板:硬质多层基板。
4.TBGA(Tape BGA)基板:基板为带状软质的1-2层PCB电路板。
载带球栅阵列TBGA是载带自动键合TAB(Tape Automated Bonding)技术的延伸。TBGA的载体为铜/聚酰亚胺/铜的双金属层带(载带)。载体上表面分布的铜导线起传输作用,下表面的铜层作地线。硅片与载体实现互连后,将硅片包封起到保护作用。载体上的过孔实现上下表面的导通,利用类似金属丝压焊技术在过孔焊盘上形成焊球阵列。焊球间距有1.0mm、1.27mm、1.5mm几种。
TBGA有以下特点:
封装轻、小。
电性能良。
组装过程中热匹配性好。
潮气对其性能有影响。
5.CDPBGA(Carity Do wn PBGA)基板:指封装中央有方型低陷的芯片区(又称空腔区)。
综上,BGA封装具有以下特点:
1.I/O引脚数虽然增多,但引脚之间的距离远大于QFP封装方式,提高了成品率。
2.虽然BGA的功耗增加,但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接(C4),从而可以改善电热性能。
3.厚度比QFP减少l/2以上,重量减轻3/4以上。
4.寄生参数减小,信号传输延迟小,适应频率大大提高。
5.组装可用共面焊接,可靠性大大提高。
6.BGA封装仍与QFP、PGA一样,占用基板面积过大。