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BGA工艺一出现，便成为IC封装的最佳选择之一。发展至今，BGA封装工艺种类越来越多，不同的种类具有不同的特点，工艺流程也不尽相同。同时，伴随着BGA工艺和IC产业的发展，国产封测厂商逐渐登上历史舞台。
上世纪90年代，BGA（Ballgridarray，球栅阵列或焊球阵列）封装技术发展迅速并成为主流的封装工艺之一。它是一种高密度表面装配封装技术，在封装底部，引脚都成球状并排列成一个类似于格子的图案，由此命名为BGA。
目前主板控制芯片组多采用此类封装技术，材料多为陶瓷。采用BGA技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下，内存容量提高两到三倍。
本文主要内容为BGA封装的主要分类及其特点，BGA封装工艺流程，以及国产封测厂商三方面。
BGA封装技术分类及特点
BGA的封装类型很多，根据焊料球的排布方式可分为周边型、交错型和全阵列型。
根据基板的不同主要分为PBGA（PlasticBGA，塑封BGA）、CBGA（CeramicBGA,，陶瓷BGA）、FCBGA（FilpchipBGA，倒装BGA）、TBGA（TapeBGA，载带BGA）。
PBGA封装
PBGA是最常用的BGA封装形式，采用塑料材料和塑料工艺制作。其采用的基板类型为PCB基板材料（BT树脂/玻璃层压板），裸芯片经过粘接和WB技术连接到基板顶部及引脚框架后，采用注塑成型（环氧膜塑混合物）方法实现整体塑模。Intel系列CPU中，PentiumII、III、IV处理器均采用这种封装形式。
焊球材料为低熔点共晶焊料合金63Sn37Pb，直径约为1mm，间距范围1.27-2.54mm，焊球与封装体底部的连接不需要另外使用焊料。组装时焊球熔融，与PCB表面焊板接合在一起，呈现桶状。
PBGA封装特点主要表现在以下四方面：
1.制作成本低，性价比高。
2.焊球参与再流焊点形成，共面度要求宽松。
3.与环氧树脂基板热匹配性好，装配至PCB时质量高，性能好。
4.对潮气敏感，PoPCorneffect严重，可靠性存在隐患，且封装高度之QFP高也是一技术挑战。
CBGA封装
CBGA是将裸芯片安装在陶瓷多层基板载体顶部表面形成的，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，连接好的封装体经过气密性处理，可提高其可靠性和物理保护性能。PentiumI、II、PentiumPro处理器均采用过这种封装形式。
CBGA采用的是多层陶瓷布线基板，焊球材料为高熔点90Pb10Sn共晶焊料，焊球和封装体的连接使用低温共晶焊料63Sn37Pb，采用封盖+玻璃气封，属于气密封装范畴。
CBGA封装特点主要表现在以下六方面：
1.对湿气不敏感，可靠性好，电、热性能优良。
2.与陶瓷基板CTE匹配性好。
3.连接芯片和元件可返修性较好。
4.裸芯片采用FCB技术，互连密度更高。
5.封装成本较高。
6.与环氧树脂等基板CTE匹配性差。
CBGA的焊接特性
CBGA焊接过程不同于PBGA，采用的是高温合金焊球，在一般标准再流焊温度（℃）下，CBGA焊料球不熔化，起到刚性支座作用。PCB上需要印刷的焊膏量需多于PBGA，形成的焊点形状也不同于PBGA。
CCGA技术
CCGA封装又称圆柱焊料载体,是CBGA技术的扩展，不同之处在于采用焊球柱代替焊球作为互连基材，是当器件面积大于32平方毫米时CBGA的替代产品。
CCGA技术特点
1.CCGA承受封装体和PCB基板材料之间热失配应力的能力较好,因此其可靠性要优于CBGA器件,特别是大器件尺寸应用领域，此外清洗也较容易。
2.CCGA焊料柱直径约0.mm，高度约1.8mm，间距约1.27mm，由于焊柱高度太大，目前应用的较少。
FCBGA封装(带散热器)
FCBGA是目前图形加速芯片最主要的封装格式，这种封装技术始于年代，当时IBM为了大型计算机的组装，而开发出了所谓的C4(ControlledCollapseChipConnection)技术，随后进一步发展成可以利用熔融凸块的表面张力来支撑芯片的重量及控制凸块的高度，并成为倒装技术的发展方向。
这种封装使用小球代替原先采用的针来连接处理器。一共需要使用个球，且直径均为0.78毫米，能提供最短的对外连接距离。FCBGA通过FCB技术与基板实现互连，与PBGA的区别就在于裸芯片面朝下。
FCBGA封装特点主要表现在以下三方面：
1.优异的电性效能，同时可以减少组件互连间的损耗及电感，降低电磁干扰的问题，并承受较高的频率。
2.提高I/O的密度，提高使用效率，有效缩小基板面积缩小30%至60%。
3.散热性好，可提高芯片在高速运行时的稳定性。
TBGA封装
TBGA又称阵列载带自动键合，是一种相对较新颖的BGA封装形式。其采用的基板类型是PI多层布线基板，焊料球材料为高熔点焊料合金，焊接时采用低熔点焊料合金。
TBGA封装特点主要表现在以下五方面：
1.与环氧树脂PCB基板热匹配性好。
2.最薄型BGA封装形式，有利于芯片薄型化。
3.相比于CBGA，成本较低。
4.对热度和湿度，较为敏感。
5.芯片轻且小，相比其他BGA类型，自校准偏差大。
6.TBGA适用于高性能、多I/O引脚数场合。
金属基板BGA（MBGA）
采用表面阳极氧化铝基板，单层或双层薄膜金属实现封装内互连。
BGA封装工艺流程
1.PBGA基板的制备
在BT树脂/玻璃芯板的两面压极薄（12-18um厚）的铜箔，然后进行钻孔和通孔金属化，通孔一般位于基板的四周；再用常规的PWB工艺（压膜、曝光、显影、蚀刻等）在基板的两面制作图形（导带、电极以及安装焊球的焊区阵列）；最后形成介质阻焊膜并制作图形，露出电极及焊区。
线路形成：
2.封装工艺流程
圆片减薄→圆片切削→芯片粘结→清洗→引线键合→清洗→模塑封装→装配焊料球→回流焊→打标→分离→检查及测试→包装
芯片粘结：采用充银环氧树脂粘结剂（导电胶）将IC芯片粘结在镀有Ni-Au薄层的基板上
引线键合：粘结固化后用金丝球焊机将IC芯片上的焊区与基板上的镀Ni-Au的焊区以金线相连
模塑封装：用石英粉的环氧树脂模塑进行模塑包封，以保护芯片、焊接线及焊盘。
回流焊：固化之后，使用特设设计的吸拾工具（焊球自动拾放机）将浸有焊剂熔点为℃、直径为30mil（0.75mm）的焊料球Sn62Pb36Ag2，或者Sn63Pb37放置在焊盘上，在传统的回流焊炉内在N2气氛下进行回流焊接（最高加工温度不超过℃），焊球与镀Ni-Au的基板焊区焊接。
装配焊球有两种方法：“球在上”和“球在下”
球在上：在基板上丝网印制焊膏，将印有焊膏的基板装在一个夹具上，用定位销将一个带筛孔的顶板与基板对准，把球放在顶板上，筛孔的中心距与阵列焊点的中心距相同，焊球通过孔对应落到基板焊区的焊膏上，多余的球则落入一个容器中。取下顶板后将部件送去再流，再流后进行清洗.
“球在下”：过程与“球在上”相反，先将一个带有以所需中心距排列的孔（直径小于焊球）的特殊夹具放在一个振动/摇动装置上，放入焊球，通过振动使球定位于各个孔，在焊球位置上印焊膏，再将基板对准放在印好的焊膏上，送去再流，之后进行清洗。
焊球的直径是0.76mm(30mil)或0.89mm(35mil)，PBGA焊球的成分为低熔点的63Sn37Pb(62Sn36Pb2Ag)。
TBGA封装工艺流程
1.TBGA载带制作
TBGA载带是由聚酰亚胺PI材料制成的，在制作时，先在载带的两面覆铜，接着冲通孔和通孔金属化及制作出图形；然后镀镍、金，将带有金属化通孔和再分布图形的载带分割成单体。
封装热沉又是封装的加固体，也是管壳的芯腔基底，因此在封装前先要使用压敏粘结剂将载带粘结在热沉上。
TBGA适合于高I/O数应用的一种封装形式，I/O数可为-，芯片的连接可以用倒装芯片再流，也可以用热压键合。
2.封装工艺流程
圆片减薄→圆片切割→芯片粘结→清洗→引线键合→等离子清洗→液态密封剂灌封→装配焊料球→回流焊→打标→最终检查→测试→包装
芯片粘结：全阵列型芯片，用C4工艺；周边型金凸点芯片，热压键合。
装配焊料球：用微焊技术把焊球（10Sn90Pb）焊接到载带上，焊球的顶部熔进电镀通孔内，焊接后用环氧树脂将芯片包封。
FCBGA封装工艺流程
1.FCGBA基板制作
FCGBA基板制作是将多层陶瓷片高温共烧成多层陶瓷金属化基片，再在基片上制作多层金属布线，然后进行电镀等。
2.封装工艺流程
圆片凸点的制备→圆片切割→芯片倒装及回流焊→底部填充→导热脂、密封焊料的分配→封盖→装配焊料球→回流焊→打标→分离最终检查→测试→包封
倒装焊接：
特点：倒装焊技术克服了引线键合焊盘中心距极限的问题；
在芯片的电源／地线分布设计上提供了更多的便利；
为高频率、大功率器件提供更完善的信号。
优点：焊点牢固、信号传输路径短、电源／地分布、I／O
密度高、封装体尺寸小、可靠性高等
缺点：由于凸点的制备是在前工序完成的，因而成本较高。
倒装焊的凸点是在圆片上形成的。在整个加工过程中，工艺处理的是以圆片、芯片和基片方式进行的，它不是单点操作，因而处理效率较高。
基板选择：
基板选择的关键因素在于材料的热膨胀系数（CTE）、介电常数、介质损耗、电阻率和导热率等。
基板与芯片（一级互连）之间或基板与PCB板（二级互连）之间的CTE失配是造成产品失效的主要原因。CTE失配产生的剪切应力将引起焊接点失效。
封装体的信号的完整性与基片的绝缘电阻、介电常数、介质损耗有直接的关系。介电常数、介质损耗与工作频率关系极大，特别是在频率1GHz时。
有机物基板是以高密度多层布线和微通孔基板技术为基础制造的。
特点：低的互连电阻和低的介电常数。局限性：①在芯片与基板之间高的CTE差会产生大的热失配；
②可靠性较差，其主要原因是水汽的吸附。
现有的CBGA、CCGA封装采用的基板为氧化铝陶瓷基板。
局限性：
①热膨胀系数与PCB板的热膨胀系数相差较大，而热失配容易引起焊点疲劳。
②它的高介电常数、电阻率也不适用于高速、高频器件。
HITCE陶瓷基板
特点：CTE是12.2ppm／℃；
低的介电常数5.4；
低阻的铜互连系统。
综合了氧化铝陶瓷基板和有机物基板的最佳特性，其封装产品的可靠性和电性能得以提高。
凸点技术：常用的凸点材料为金凸点，95Pb5Sn、90Pb10Sn焊料球（回流焊温度约为℃）。技术的关键在于当节距缩小时，必须保持凸点尺寸的稳定性。焊料凸点尺寸的一致性及其共面性对倒装焊的合格率有极大的影响。
CBGA封装工艺流程
相比于PBGA和TBGA，CBGA有些许不同，主要表现在以下几个方面：
1.CBGA的基板是多层陶瓷布线基板，PBGA的基板是BT多层布线基板，TBGA基板是加强环的聚酰亚胺（PI）多层Cu布线基板。
2.CBGA基板下面的焊球为90%Pb-10Sn%或95%Pb-5Sn%的高温焊球，而与基板和PWB焊接的焊料则为37%Pb-63Sn%的共晶低温焊球
3.CBGA的封盖为陶瓷，使之成为气密性封装；而PBGA和TBGA则为塑料封装，非气密性封装。
BGA封装中IC芯片与基片连接方式的比较BGA封装结构中芯片与基板的互连方式主要有两种：
引线键合、倒装焊。
目前BGA的I／O数主要集中在~
采用引线键合的BGA的I／O数常为50~；
采用倒装焊方式的I／O数常。
目前PBGA的互连常用引线键合方式；
CBGA常用倒装焊方式；
TBGA两种互连方式都有使用。
目前，当I／O数时，引线键合的成本低于倒装焊。但是，倒装焊方式更适宜大批量生产，如果圆片的成品率得到提高，那么就有利于降低每个器件的成本。并且倒装焊更能缩小封装体的体积。
THEEND
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