技術
裝配
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BGA，又稱球柵陣列封裝技術，是一種高密度表面黏著封裝技術。在封裝底部，引腳呈球形並以網格狀排列，因此得名 BGA。

BGA封裝有哪些優點？它與其他包裝方式有何不同？

1. 引腳佈局和密度

傳統的引腳封裝（如 DIP、SOP等）通常將晶片引腳排列在封裝的兩側或四側。相比之下，BGA 封裝將晶片引腳分佈在整個底表面，並使用球形焊球將它們連接起來。這種佈局使 BGA 封裝能夠實現更高的引腳密度，從而在保持相同記憶體容量的同時將體積減少到三分之一。這使得它適用於具有大量引腳的高效能晶片，例如處理器和圖形晶片。

2.製造過程

傳統的引腳封裝製造流程通常需要手動進行引腳對準和焊接操作，既耗時又容易出錯。相比之下，BGA 封裝通常使用自動化設備進行製造，無需手動對準引腳和焊接。這使得 BGA 封裝過程更加高效、可靠且具有成本效益。

3. 熱性能

傳統的引腳封裝通常缺乏特殊的散熱設計。然而，BGA 封裝通常採用金屬底部，具有更大的接觸面積，有助於更好的散熱。此外，晶片與基板透過焊球連接形成強大的導熱路徑，使晶片內部產生的熱量更有效地散發到外部環境。因此，與其他封裝方式相比，BGA封裝在熱性能方面更勝一籌。

4. 訊號傳輸與乾擾

傳統接腳封裝中，接腳透過長而窄的導線連接晶片和基板，容易受到訊號雜訊和串擾的影響。相比之下，BGA封裝透過焊球連接晶片和基板，從而導致更短且更穩定的訊號傳輸路徑。這有效降低了訊號幹擾的風險，並提供更可靠的訊號傳輸。

5. 機械穩定性

由於其優越的性能，BGA封裝特別適用於高密度、高功率晶片，如微處理器和圖形晶片。廣泛應用於通訊設備、電腦、汽車電子、消費性電子、工業控制、儀器等領域。

BGA封裝流程

1. 晶圓減薄

晶圓減薄是透過用砂輪高速研磨晶圓背面來實現的。此過程還需要水冷卻和清潔，以防止熱量積聚和碎片堆積。如果需要將晶片減薄到一定厚度，則根據產品類型進行拋光，以減少內應力。減薄後，用膠帶去除晶圓表面薄膜，然後進行厚度測量和品質檢查。

2. 切屑

晶圓減薄後，使用藍色膠帶將晶圓固定在金屬環上，以切割成單一晶片。主要的切屑方式有刀片切割和雷射切割。刀片切割採用圓形刀片沿著晶圓切割路徑進行完整切割，將晶圓分割成單一晶片，並有序排列在藍色膠帶上。雷射切割利用雷射光束的能量沿著切割路徑蒸發材料，將晶圓分成單獨的晶片。隨著IC晶圓製程朝向10nm以下發展，低k材料的使用越來越多，雷射切割可以滿足非接觸式切割、窄切割寬度、高切割品質的需求。

3. 晶片安裝

晶片安裝是根據設計圖，使用銀漿或DAF膜等材料將晶片固定到基板上。主要目的是固定晶片並傳導晶片的熱量。

4. 等離子清洗

引線鍵結前的等離子清洗利用電離的氬離子、電子和活性基團來揮發基板和晶片表面上的污染物，然後透過真空系統將其去除。這實現了表面清潔，提高了引線鍵合過程中的鍵合強度。封裝前等離子清洗的工作原理類似，利用高能量氬離子和氧離子清除表面污染物和碳殘留物，活化基板表面，增加PCB與封裝材料之間的結合強度，提高產品可靠性。

5. 引線鍵合

引線鍵合是封裝中的關鍵步驟，將導線（金、銅或銀合金）鍵結到晶片上的鋁焊盤和基板上的金屬焊盤上，以實現電氣連接。下圖顯示了 BGA 引線鍵合後的 SEM 影像。

6.封裝

封裝涉及將封裝材料在高溫下熔化成低黏度液體，然後將其註入模腔中。封裝材料內部環氧樹脂在硬化劑和偶聯劑的幫助下固化，完成封裝。

7. 後固化

後固化是將封裝材料進行高溫烘烤，使封裝材料完成反應，穩定環氧樹脂分子結構，增加封裝硬度，並消除內應力。

8.標記

打標採用油墨印刷或雷射雕刻在晶片正面，標註產品名稱、生產日期等信息，用於產品識別和追溯，如下圖所示。

9. 球的放置

這是 BGA 封裝中的一種特殊工藝，其中焊球被放置在基板背面的焊盤（NiAu 或銅 OSP）上。塗上焊膏，球在烘箱中回流，與焊盤形成共晶，冷卻後將球固定到基板上。回流後的焊球成為 BGA 封裝的 I/O 接腳，將晶片連接到外部電路。下圖說明了球的放置過程。

10. 分離

在分割之前，所有工藝均在條帶基礎上進行。此步驟包括透過切割或沖壓將 BGA 基板條分離成單獨的 BGA 晶片，形成最終產品。

BGA 扇出注意事項

1. 1.0mm BGA

  • 過孔之間的單走線：使用 10-22 mil 過孔、6 mil 走線寬度、5.5mil 走線與過孔間隙。
  • 過孔之間的單走線：使用 8-18 mil 過孔、6 mil 走線寬度、7.5mil 走線與過孔間隙。
  • 過孔之間的兩條走線：使用 8-18 mil 過孔、4 mil 走線寬度、4 mil 走線間隙、4.6 mil 走線與過孔間隙。對於差分對，在 BGA 內使用 4/4 mil 間距，改為 BGA 外的差分間距。

2. 0.8mm BGA

  • 相鄰過孔之間只有一條走線：一般使用8-18 mil過孔，5 mil走線寬度，4 mil走線到走線，4.24 mil走線到過孔間隙。

3. 0.65mm BGA

  • 使用8-16mil過孔，相鄰過孔之間沒有走線，調整扇出。
  • 使用8-16mil過孔，相鄰過孔之間走線，內層焊盤減少，走線寬度4mil，走線到過孔間隙5.3萬（註：與過孔引線在同一層上沒有走線） 。
  • 使用 8-14 mil 過孔、3.5 mil 走線寬度、4 mil 間距、4 mil 走線到過孔間隙。這種方法可以遵循標準 BGA 佈線，但製造起來具有挑戰性。