技术
组装
技术
组装

BGA，也称为球栅阵列封装技术，是一种高密度表面贴装封装技术。封装底部的引脚呈球形，并以网格状排列，因此得名BGA。

BGA封装有哪些优势？它与其他封装方式有何不同？

1. 引脚布局和密度

传统别针包装（例如） DIP诸如SOP等封装通常将芯片引脚排列在封装的两面或四面。相比之下，BGA封装将芯片引脚分布在整个底面上，并使用球形焊球连接。这种布局使得BGA封装能够实现更高的引脚密度，从而在保持相同存储容量的情况下，将体积减少到原来的三分之一。这使其适用于具有大量引脚的高性能芯片，例如处理器和图形芯片。

2。 制造过程

传统的引脚封装制造工艺通常需要人工进行引脚对准和焊接操作，这既耗时又容易出错。相比之下，BGA封装通常采用自动化设备进行制造，无需人工进行引脚对准和焊接。这使得BGA封装工艺更加高效、可靠且经济。

3. 热性能

传统的引脚封装通常缺乏特殊的散热设计。而BGA封装通常采用金属底面，更大的接触面积有助于更好的散热。此外，芯片与基板通过焊球连接，形成强大的导热通路，使芯片内部产生的热量能够更有效地散发到外部环境中。因此，与其他封装方式相比，BGA封装在散热性能方面表现出色。

4. 信号传输与干扰

在传统的引脚封装中，芯片和基板之间通过细长的导线连接，这些导线容易受到信号噪声和串扰的影响。相比之下，BGA封装则通过焊球连接芯片和基板，从而形成更短、更稳定的信号传输路径。这有效地降低了信号干扰的风险，并提供了更可靠的信号传输。

5.机械稳定性

由于其优异的性能，BGA封装特别适用于高密度、高功率芯片，例如微处理器和图形芯片。它广泛应用于通信设备、计算机、汽车电子、消费电子、工业控制和仪器仪表等领域。

BGA封装工艺流程

1. 晶圆减薄

晶圆减薄是通过高速砂轮研磨晶圆背面实现的。该过程需要水冷和清洗，以防止热量积聚和碎屑堆积。如果需要将芯片减薄到特定厚度，则根据产品类型进行抛光以降低内部应力。减薄后，使用胶带去除晶圆表面的薄膜，然后进行厚度测量和质量检验。

2. 切屑切割

晶圆减薄后，用蓝胶带将晶圆固定在金属环上，以便切割成单个芯片。主要的芯片切割方法有刀片切割和激光切割。刀片切割使用圆形刀片沿晶圆切割路径进行切割，将晶圆分割成单个芯片，并有序地排列在蓝胶带上。激光切割则利用激光束的能量蒸发切割路径上的材料，将晶圆分离成单个芯片。随着集成电路晶圆工艺发展到10nm以下，低介电常数材料（低k值材料）的应用日益广泛，激光切割能够满足非接触式切割、窄切割宽度和高切割质量的需求。

3. 芯片贴装

芯片贴装是指根据设计图纸，使用银浆或DAF膜等材料将芯片固定在基板上。其主要目的是固定芯片并导热。

4. 等离子清洗

在引线键合之前进行等离子清洗，利用电离的氩离子、电子和活性基团挥发基板和芯片表面的污染物，然后通过真空系统将其清除。这实现了表面清洁，从而增强了引线键合过程中的键合强度。封装之前进行等离子清洗的原理类似，利用高能氩离子和氧离子清除表面污染物和碳残留物，活化基板表面，从而提高PCB与封装材料之间的键合强度，提升产品可靠性。

5. 引线键合

引线键合是封装过程中至关重要的一步，它将导线（金、铜或银合金）键合到芯片上的铝焊盘和基板上的金属焊盘上，从而实现电气连接。下图显示了BGA引线键合后的扫描电镜图像。

6。 封装形式

封装过程是将封装材料在高温下熔化成低粘度液体，然后注入模腔。封装材料内部的环氧树脂在固化剂和偶联剂的作用下固化，从而完成封装。

7. 后固化

后固化是指将封装材料在高温下烘烤，以完成封装材料的反应，稳定环氧树脂分子结构，提高封装硬度，并消除内部应力。

8. 标记

标记是指在芯片正面进行油墨印刷或激光雕刻，以标记产品名称、生产日期以及其他用于产品识别和追溯的信息，如下图所示。

9. 球的放置

这是BGA封装中的一种特殊工艺，即将焊球放置在基板背面的焊盘（NiAu或铜OSP）上。涂覆焊膏后，将焊球放入回流焊炉中，使其与焊盘形成共晶体，冷却后焊球牢固地固定在基板上。回流焊后的焊球成为BGA封装的I/O引脚，用于连接芯片和外部电路。下图展示了焊球放置过程。

10. 单倍体

在单片化之前，所有工序均以条带形式进行。此步骤包括通过切割或冲压将BGA基板条带分离成单个BGA芯片，从而形成最终产品。

BGA扇出注意事项

1. 1.0mm BGA

  • 过孔间单线走线：使用 10-22 mil 过孔，6 mil 走线宽度，5.5 mil 走线到过孔间距。
  • 过孔间单线走线：使用 8-18 mil 过孔，6 mil 走线宽度，7.5 mil 走线到过孔间距。
  • 过孔间两条走线：过孔直径 8-18 mil，走线宽度 4 mil，走线间距 4 mil，走线到过孔间距 4.6 mil。对于差分对，BGA 内部采用 4/4 mil 间距，BGA 外部采用差分间距。

2. 0.8mm BGA

  • 相邻过孔之间只有一条走线：通常使用 8-18 mil 过孔，5 mil 走线宽度，4 mil 走线间距，4.24 mil 走线间距。

3. 0.65mm BGA

  • 使用 8-16 mil 过孔，相邻过孔之间不走线，调整扇出。
  • 使用 8-16 mil 过孔，相邻过孔之间走线，减少内层焊盘，4 mil 走线宽度，5.3 mil 走线到过孔间隙（注意：过孔引线不在同一层上）。
  • 使用 8-14 mil 的过孔、3.5 mil 的走线宽度、4 mil 的线间距和 4 mil 的走线到过孔间距。这种方法可以遵循标准的 BGA 布线，但制造难度较高。