BGA
Ball Grid Array也称 球栅阵列封装、焊球阵列、Ball Grid Array package、FBGA、FC-BGA
以封装底面二维焊球阵列作为封装到印制电路板二级互连端子的封装家族。
速览
约 1 分钟BGA定义的是封装外部端子形态。封装内部的裸片既可用引线键合，也可用倒装连接到基板；基板再把芯片端口扇出到下表面焊球，经过板级回流与PCB焊盘连接。
系统理解
约 2 分钟BGA需要区分两级互连。第一级互连发生在裸片与封装基板或引线框之间，可采用引线键合、倒装凸点等方法；第二级互连是封装底部焊球与系统板焊盘之间的回流焊点。球栅阵列把端子从四周引脚扩展到整个底面，使较高I/O数能够在有限周长下扇出，但也把基板布线层数、过孔结构、焊球节距与PCB逃逸布线纳入共同设计。
BGA不是单一结构。采用引线键合的WB-BGA与采用倒装的FC-BGA在芯片侧互连、散热和电气路径上不同；细间距BGA、塑料BGA及其他变体还会改变基板、球径、节距和材料。封装名称不能替代对截面结构、材料栈和装配流程的描述。
板级可靠性受封装与PCB热膨胀失配、封装翘曲、焊球高度、角点距离、焊盘设计、焊料合金、回流曲线和机械弯曲共同影响。底部焊点不可直接目视检查，通常需结合X射线、边界扫描、电测、切片或可靠性抽样。更高焊球数量也不等于可用信号数量同比增加，因为电源、地、保留球、机械支撑与逃逸布线都会占用资源。
位于裸片一级互连与PCB表面贴装之间；与倒装是“外部封装形态”和“内部互连方法”的交叉关系，与WLCSP则在基板、尺寸和晶圆级完成程度上形成边界。
公式提示
理想方形阵列的几何上限可粗略写成N≈⌊L/p⌋²；实际球数还会因边界间距、去球区、键控、电源地分配和逃逸布线而明显减少。
关键参数
| 参数 | 单位 | 含义 |
|---|---|---|
| 焊球节距 | mm | 相邻焊球中心距，决定装配公差与PCB逃逸布线难度 |
| 球径与站高 | mm | 影响焊料体积、顺应性、桥连和热循环寿命 |
| 封装基板层数 | — | 决定芯片端口向球阵列扇出的布线和电源分配能力 |
| 封装翘曲 | μm | 回流温度历程中封装平面偏离，影响开路、连锡和共面性 |
常见误区
- 把BGA等同于倒装，忽略封装内部也可能采用引线键合
- 认为焊球数量就是全部可用信号I/O数量
- 认为面阵列端子一定比所有周边引脚封装更可靠
- 认为底部看不见焊点就无法检测或进行板级失效分析
工程深入
12 条结论封装层级与结构边界
端子密度与板级装配
可靠性、检测与比较
出处
3 本教材 · 4 处引用- 1
芯片制造：半导体工艺制程实用教程（第6版）
- 第 18 章 §18.6，第 355–357 页 支持：BGA由底部二维焊球阵列定义；BGA内部可以采用引线键合或倒装；封装基板承担端口扇出和层间转换；理想阵列球数只给出几何上限；板级回流通过润湿和表面张力形成焊点；封装翘曲会把共面问题转化为开路或桥连；板级热循环优先考验外侧焊点；隐藏焊点需要多方法联合检测；面阵列不会自动保证更高可靠性；BGA与周边引脚封装的核心差异是端子分布；BGA与WLCSP都可见焊球但结构层级不同
- 2
芯片制造：半导体工艺与设备
- 第 9 章 §9.1 支持：BGA由底部二维焊球阵列定义；BGA内部可以采用引线键合或倒装；焊球数量不等于可用信号数量；板级回流通过润湿和表面张力形成焊点；隐藏焊点需要多方法联合检测；BGA与周边引脚封装的核心差异是端子分布；BGA与WLCSP都可见焊球但结构层级不同
- 3
集成电路三维系统集成与封装工艺
- 第 4 章 §§4.2–4.4，第 93–107 页 支持：BGA由底部二维焊球阵列定义；BGA内部可以采用引线键合或倒装；封装基板承担端口扇出和层间转换；理想阵列球数只给出几何上限；焊球数量不等于可用信号数量；封装翘曲会把共面问题转化为开路或桥连；板级热循环优先考验外侧焊点；面阵列不会自动保证更高可靠性
- 第 7 章 §7.9，第 191–197 页 支持：BGA与WLCSP都可见焊球但结构层级不同