什麼是 BGA 封裝？BGA 基板小型化優勢、PBGA/FCBGA 等類型特性全解析

BGA封装，全称球栅阵列封装，是一种集成电路封装技术，其I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，具有引脚间距较大、组装成品率高、电热性能改善、厚度与重量减小、信号传输延迟小及可靠性高等特点。

 

为什么BGA基板能够实现小型化

与传统的 IC 封装方法相比，BGA 的主要优势在于能够在更小的空间内容纳更多互连。例如：

四方扁平封装 (QFP) 等外围引线封装仅在边缘处有引线，从而限制了接触密度。

引脚栅格阵列 (PGA) 使用从封装底部延伸的引脚阵列，但最小引脚间距大于焊球。

无引线芯片载体在边缘或底部有触点，但无法匹配 BGA 密度。

相比之下，BGA 的焊球间距仅为 0.5 毫米甚至 0.4 毫米及以下，因此可以实现非常高的密度。这使得在更小的封装中实现更多功能成为可能。焊球的理想球形形状也使其与引脚之间的间距更小。

更高的触点数量使其能够在 BGA 封装中集成更多功能，例如多处理器、内存、传感器、无线、电源管理和专用加速器，从而满足 5G、AI、ADAS、物联网等应用的需求。小型化也符合消费者对更紧凑电子产品的偏好。

 

BGA封装技术分类及特点

根据基板的不同主要分为PBGA（Plastic BGA，塑封BGA）、CBGA（Ceramic BGA,，陶瓷BGA）、FCBGA（Filpchip BGA，倒装BGA）、TBGA（Tape BGA，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，Pentium II、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：

制作成本低，性价比高。

焊球参与再流焊点形成，共面度要求宽松。

与环氧树脂基板热匹配性好，装配至PCB时质量高，性能好。

对潮气敏感，PoPCorn effect 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。Pentium I、II、Pentium Pro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：

对湿气不敏感，可靠性好，电、热性能优良。

与陶瓷基板CTE匹配性好。

连接芯片和元件可返修性较好。

裸芯片采用FCB技术，互连密度更高。

封装成本较高。

与环氧树脂等基板CTE匹配性差。

FCBGA封装

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1960年代，当时IBM为了大型计算机的组装，而开发出了所谓的C4(Controlled Collapse Chip Connection)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479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：

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。

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%。

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：

与环氧树脂PCB基板热匹配性好。

最薄型BGA封装形式，有利于芯片薄型化。

相比于CBGA，成本较低。

对热度和湿度，较为敏感。

芯片轻且小，相比其他BGA类型，自校准偏差大。

 

总结

在现代集成电路封装领域，BGA占据着核心地位，大多数系统级封装均采用这一成熟且高效的封装方式。作为高引脚数封装发展史上的里程碑，BGA封装技术的诞生与演进，深刻推动了电子设备向小型化、高性能、高集成方向发展，成为支撑各类电子终端迭代升级的关键技术之一。