集成電路基板 - 什麼是BGA？

什麼是BGA？ BGA的全稱是“球栅陣列”（Ball Grid Array），意思是具有球栅陣列結構的印刷電路板。 帶有BGA的PCB板通常有更多的小孔，通孔通常設計為直徑為8-12mil的成品孔，通孔需要堵塞，焊盤不允許上墨，焊盤也不允許鑽孔。

BGA焊盤設計的一般規則

1）焊盤直徑通常小於焊球直徑。 為了獲得可靠的附著力，通常會减少20%-25%。 焊盤越大，兩個焊盤之間的佈線空間越小。

2）這種板的基板側的焊盤直徑與PCB上的焊盤的直徑相同。 焊盤的設計應使由於鋼網開口導致的焊膏洩漏量為0.08mm3，這是確保焊點可靠性的最低要求。

BGA封裝的主要工藝流程包括焊球生產、基板生產、晶片鍵合、封裝固化和分切封裝。

1）焊球生產：使用高純度錫鉛合金或無鉛資料生產焊球，形成規則的球形引脚陣列。

2）基板生產：採用多層印刷電路板作為基板，實現高密度、高性能的電力互連。

3）晶片鍵合：將晶片連接到基板上，並使用無鉛或鉛基焊料將其連接到基板。

4）封裝和固化：晶片用環氧樹脂封裝，以保護其免受環境影響。

5）分體式封裝：將封裝好的晶片切割成單獨的BGA封裝。

BGA封裝工藝流程

1.椎間盤變薄

晶圓薄化是BGA封裝的第一步，主要通過在晶圓背面高速旋轉的砂輪來實現。 在此過程中，需要進行水冷和清潔操作，以防止高溫積聚和碎屑收集。 如果需要减薄到一定厚度，還需要進行拋光以消除內應力並降低晶片表面開裂的風險。

2.晶圓切割

晶片减薄完成後，將晶片固定在金屬環上並切割成單個晶片。 主要的切割方法有刀片切割和鐳射切割。 鐳射切割因其無外力、切割寬度小、質量高而逐漸成為一種更可行的選擇。

3.晶片安裝

晶片安裝是將晶片固定在基板上，通常使用銀膠或DAF薄膜等資料。 此步驟的目的是固定晶片並有效傳導其熱量，以確保電子元件的正常運行。

4.等離子清洗

等離子清洗是焊縫前的重要步驟，它利用電離的氬離子、電子和其他活性粒子將污染物轉化為揮發性氣體並去除。 該工藝有效地提高了焊接前基板和晶片的清潔度，從而增强了焊接過程中的結合。

5.引線焊接

引線鍵合是封裝工藝的覈心，引線連接到晶片上的鋁焊盤和基板上的金屬焊盤以實現導電。 這個過程需要高度的準確性和可靠性。

6.成型

密封步驟通過將高溫下熔化的密封劑注入模腔然後固化來保護晶片免受環境影響。 通常，環氧樹脂用添加劑固化以確保晶片穩定性。

7.課後活動

密封後，密封劑通常需要在高溫下固化，以充分反應並穩定其分子結構。 該工藝提高了模制體的硬度並消除了內應力，從而確保了產品的耐用性和可靠性。

8.標記和切割分類

最後階段包括在晶片正面標記印刷品，以方便產品跟踪和識別，然後將整個BGA基板切割或衝壓成單個晶片，以完成封裝過程。

BGA封裝技術的顯著優勢

該科技以其獨特的引脚佈局設計脫穎而出，在緊湊的空間內實現了高密度集成，並為構建更複雜、更精細的電路網絡提供了可能性。 這種佈局策略不僅優化了空間利用率，而且促進了電子設備向小型化和高集成化方向的發展。 從散熱效能的角度來看，BGA封裝結構中的焊球直接連接到印刷電路板（PCB），從而構建了一條高效的熱傳導路徑，有效地提高了系統的散熱效率，並確保了組件在長時間高負載運行下的穩定性和可靠性。 此外，自動化生產線的引入，特別是高速表面貼裝設備的應用，大大提高了包裝的生產效率，降低了勞動力成本，同時也保證了產品品質的穩定性和一致性。

雖然BGA封裝帶來了許多優點，但其實際應用也面臨著一些不容忽視的挑戰。 主要問題在於焊點可靠性的高標準。 由於焊點具有電連接和機械支撐的雙重功能，其質量直接關係到整個封裝結構的穩定性和可靠性。 任何空焊、假焊等問題的出現都可能對電路效能產生嚴重影響，甚至導致整個封裝失效。 此外，BGA封裝的複雜結構也給其返工工作帶來了困難。一旦需要維修或更換，焊接和拆卸過程的複雜性往往會新增操作難度和成本。 最後，對於某些特定的應用場景，如高密封性要求或需要承受極端環境條件的設備，由於其對水分的敏感性，可能不太理想，這在一定程度上限制了其應用範圍。

BGA封裝是一種表面安裝科技，其特徵是在封裝底部形成規則的球形引脚陣列。 這種封裝方法具有引脚間距大、熱效能好、訊號傳輸性能優越等優點，使其廣泛應用於高速高性能集成電路中。