【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第33页
剂 ， 芯片 与 基板 的间 隙 需 要 用 环氧 树脂 进 行底 部 填充 以确 保芯片 与 基板界 面的 机械完整性 。 采用 各 向 异 性导 电材料 排 除 了 增加底 部 填充 的 需 求。在 基板 与 芯片相 连接 之 后 ， 芯片 通 常 会 以 灌 封 、 涂覆或模封 的方 式 进 行保护 。 4.3 标准 化 BGA 封 装的标准化 涉 及 到一 系 列 的 物 理变 量，包 括每 个 焊 球的 直 径 、 焊 球在 …
行电气连接。基板上的导线通过镀覆通孔将信
号 由 导线键合焊盘传递至 基板底部的BGA焊
球。按照引线键合工艺，芯片与键合区域通常
采用密封保护，用封装材料顶部包封或对其进
行模压成型。封装的另一种替代方法是组装后
粘接一个预成型的上盖。
在BOC或芯片正面向下结构中，芯片上的键合
焊盘可布置于芯片周围或成一排或成多排的形
式布置于芯片中心。基板设计成一个窄槽以容
纳芯片一排或多排
的键合焊盘，用于将芯片连
接至基板上的粘合剂涂抹在键合焊盘的左侧和
右侧。粘合剂可以膏状或膜状的形式施加。芯
片的主表面或者说是电路面，面向下连接到基
板，该基板带有裸露键合焊盘的沟槽，典型的
如图4-2所示。
紧接着芯片连接和粘合剂固化，芯片上的键合
焊盘与基板上围绕沟槽的焊盘以金属线键合的
方式相连。在金属线键合之后，导线和裸露的芯
片表面被封装所保护
。值得注意的是此时需要
去除一行或几行网格阵列以容纳用于基板和芯
片之间键合的沟槽。同时也需注意的是金属线键
合是在芯片中央完成的，因此芯片周围并不需要
额外的外围区域用于芯片和基板的连接。图4-3
展示了模封BGA封装的顶部和底部。
4.2.2 倒装芯⽚ 倒装芯片（或芯片直连）消除
了金属线和芯片连接的需要。在这项设计中，
预凸型芯片的电路面倒置向下，此面上的连接
盘通
过焊料或者导电粘合剂与基板上的连接盘
相连。然而芯片键合焊盘并不会立即与焊料或
导电粘合剂连接工艺兼容。在芯片晶圆被分割
之前，带有焊料兼容合金成分的焊料凸点是最
常见的工艺之一。要选择焊接材料以及焊盘结
构凸点材料来优化电气和机械连接，如图4-4所
示。
导电粘合剂或聚合物连接也可被采用；然而，
芯片凸触点需要用“贵”金属合金以便与粘合
剂
中的导电合金颗粒相兼容。这种合金凸点或
焊球可以通过电镀或焊球键合工艺施加于芯片
键合焊盘。如果使用焊料或各向同性导电粘合
IPC-7095c-4-2-cn
图4-2 BOC BGA 结构
密封材料
焊球
聚酰亚胺薄膜
硅片
阻焊层
金属线键合
粘合剂
顶部
底部
IPC-7095c-4-3-cn
图4-3 BOC类BGA模封后的顶部
IPC-7095c-4-4-cn
图4-4 BGA基板上的倒装芯⽚（带凸点的芯⽚）
散热片
导热膏
倒装芯片焊球
封装基板
BGA焊球
线路板
底部填充
晶片
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剂，芯片与基板的间隙需要用环氧树脂进行底
部填充以确保芯片与基板界面的机械完整性。
采用各向异性导电材料排除了增加底部填充的
需求。在基板与芯片相连接之后，芯片通常会
以灌封、涂覆或模封的方式进行保护。
4.3 标准化 BGA封装的标准化涉及到一系列
的物理变量，包括每个焊球的直径、焊球在元
器件外形内实际位置的定位精度。
4.3.1 BGA⾏业标准 对于更
多封装变化的细
节，包括机械特征尺寸和允许的物理公差，可
参考如下JEDEC开发的BGA封装指南。
4.3.1.1 BGA封装 JEDEC 出版物JEP95，章节
4.14定义了球栅阵列和柱栅阵列封装系列。球栅
阵列（BGA）封装或者柱栅阵列（CGA）是节
距为1.50、1.27或1.00mm的底部分布有金属球或
圆柱的正方形或长方形封装，封装的本体有一
个带有金属化电路图形的绝缘结构。对
于封装
本体，半导体芯片安置在上面或下面。在绝缘
结构底部是金属化球/柱状阵列图形，这在封装
本体与配合特征（如印制板）之间形成机械或
电气连接。含有芯片一面可以用各种技术进行
密封以保护半导体。
4.3.1.2 密节距球栅阵列封装 JEDEC出版物
JEP95，章节4.5进行了如下定义：密节距球栅阵
列封装FBGA是节距减小（小于1.00mm）版本
的球栅阵列封装。封装载体有施加了绝缘结构
的金属化电路图形。一个
或多个半导体器件连
接于绝缘结构的顶面或底面。在绝缘结构的下
面是金属球图形，以形成从封装本体到印制电
路板接触点的机械或电气连接。含有芯片一面
可以用各种技术进行封装以保护半导体材料。
方形FBGA系列的标准允许三种可供选择的连接
节距：0.50、0.65以及0.80mm,同时也规定了四
种器件外形（高度）变化。已增加0.75mm触点
节距并被归纳入芯片级尺寸BGA（DSBGA）
封
装指南，因此对于芯片级尺寸器件系列共提供
了四种节距。
由元器件底座面至顶部测得的FBGA总外形高度
大于1.70mm。低外形密节距球栅阵列（LFBGA）
是FBGA外形高度降低后的版本。由元器件底
座面至其顶部测得的LFBGA的总外形高度不大
于1.2mm。薄外形密节距球栅阵列（TFBGA）是
FBGA外形高度降低后的版本，由元器件底座面
至其顶部测得的总外形高度不会超过1.00mm。
超薄外形密节距球栅阵列（VFBGA）是FBGA
外形高度降低后的版本，由元器件底座面至其
顶部测得的总外形高度小于
等于0.80mm。
当焊球触点中心间距或节距增加时，JEDEC对于
FBGA的 设 计 指 南中允 许 制造商 选 择 增加焊
球直径（如表4-1所示）。JEDEC提供的FBGA和
FRBGA设计 指 南并不支持0.75mm的节距；然
而，业界已注册了一些与0.75mm节距不一致的
器件，这些并不是JEDEC封装。
选择使用较大的焊球尺寸以适应刚性中介基板
封装。较大直径的焊球可以在某种程度
上弥补
硅芯片和刚性印制电路板结构之间热膨胀系数
（CTE）宽幅不匹配。
4.3.1.3 密节距矩形 BGA封装 JEDEC出版物
JEP95，第4.6章定义了在封装底部有金属球阵列
的密节距矩形球栅阵列（FRBGA）。封装载体或
基板在绝缘结构单面或双面施加有矩形金属化
电路图形。按照JEP95，第4.5章的通用说法来表
述，FRBGA本体尺寸用D尺寸和E尺寸来定义。
D尺寸是平行于封装主轴所量出的尺寸，而E
尺
寸是平行于次轴所量出的尺寸。因此，对于矩
形封装，D尺寸的值会比E尺寸大。
4.3.1.4 芯⽚尺⼨BGA封装 JEDEC出版物JEP
95，第4.7章中定义了芯片级尺寸球栅阵列封装
（DSBGA）。芯片尺寸球栅阵列在封装底部有金
属化焊球阵列。封装的基板或载体在绝缘结构的
单面或者双面施加有方形或矩形金属化电路图
形。半导体芯片与绝缘结构的上表面相连接。
在绝缘结构的底部，金属化焊球阵列图形为封
装本体连接到下一级元件如
印制电路板提供了
表4-1 JEDEC标准JEP95-1/5
容许的焊球直径变化（FBGA）
焊球节距
球直径/mm
最⼩ 标称最⼤
0.50 0.25 0.30 0.35
0.65 0.25 0.30 0.35
0.65 0.35 0.40 0.45
0.80 0.25 0.30 0.35
0.80 0.35 0.40 0.45
0.80 0.45 0.50 0.55
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机械和电气连接。含芯片一面可用多种封装技
术对半导体进行保护。基板或载体的尺寸尽可
能接近芯片尺寸。
“芯片尺寸”球栅阵列（DSBGA）是一种本体
尺寸与特定芯片尺寸尽可能接近 的球栅阵列
封装。这种封装也被称为“真正芯片级尺寸”
（Real chip-size）球栅阵列或者CSP，封装本体
的尺寸仅可适合特定大小芯片的组装，这些封装
体的尺寸会随着之后芯片大小变化时而变化。
封装的外形可以是方形或者矩形；当封装需要
为了适应新的芯片尺寸而进行重新设计时，长
宽比也会发生变化。功能相同但来自于不同供
应商的器件可能有不同的长宽比。DSBGA封装
标准化的控制参数是球阵列的大小和长宽比。
D尺寸和E尺寸定义了DSBGA封装的本体大小。
对于带有矩形焊球阵列的封装，阵列决定了尺
寸的方向。D尺寸是平行于焊球阵列主轴测得的
尺寸，而E尺寸是平行于焊球阵列次轴测得的尺
寸。因此对
于矩形封装，没有必要如JEDEC JEP
95，4.6章节对FRBGA要求的那样，D尺寸大于E
尺寸。具有方形焊球阵列的DSBGA封装应遵循
通常的“D尺寸大于E尺寸”的JEDEC惯例。D尺
寸和E尺寸的最大值在JEDEC出版物95里定义了以
0.5mm作为递增量，这个数值是通过将DSBGA
的实际尺寸向上靠近下一个0.50mm整数倍 获
得。因此遵
照这个规定，D尺寸和E尺寸的形式
通常写为y.00或者y.50。
DSBGA封装的阵列节距没有必要与D或E阵列尺
寸相同。当节距不相同的情况下，相关封装的
尺寸和公差由较小节距的焊球尺寸和公差来主
导。DSBGA封装焊球阵列的控制节距总是小于
1.0mm。JEP95，章节4.7中所描述的DSBGA触
点节距为0.80、0.75、0.65以及0.50mm。
4.3.2 焊球节距 BGA的节距主要可分为两
组。
第一组包括塑料和陶瓷封装外形，其触点节距为
1.50、1.27或1.00mm。第二组为密节距或芯片尺寸
BGA序列，密节距焊球触点节距为0.80、0.75、
0.65、0.50、0.40、0.30 mm，对于芯片尺寸BGA
来说，节距是0.25mm。由于需要将球栅阵列尽
量做小以应对形状参数方面的压力，如今很少
有制造商还在提供节距为1.5mm的器件。同时，
尽管允许有节距为0.4mm或更小的焊球，但由
于
加工困难传统的表面贴组装可能会受到限制。
节距在各种组合的焊球直径选择中起到了重要
作用。表4-2展示了节距在0.5-1.5mm的塑封球栅
阵列的焊球特征；表4-3展示了将来DSBGA对于
焊球可能的规格参数。
尽管并非强制，非对称焊球图形在组装过程中
关于方向自动化检测方面有额外的优势。非对
称图形的典型例子为在原本对称的阵列中去除
其
中一个位于角落的焊球。
4.3.2.1 未来的焊球触点尺⼨条件 尽管表4-2中
BGA没有这些尺寸，但未来可预期中的焊球尺
寸如表4-3所示。
4.3.2.2 连接盘图形的近似算法 元器件基板
（连接有焊球）的连接盘图形和贴装结构（印
制板）的连接盘图形的直径应该越接近越好。
元器件制造厂商认为印制板连接盘或元器件上
焊盘应该略小于焊球直径。连接盘尺寸的减少
量取决于原始焊球尺寸，这常用来确定连接
盘
的平均尺寸。在确定标称特性值之间关系时，
应确定连接盘尺寸制造余量，即当焊球直径大
于等于0.40mm时，最大实体条件（MMC）与最
小实体条件（LMC）之差为0.1mm，当焊球直
径小于0.40mm时，该余量也应相应减小。
表4-4提供了关于连接盘图形的数据及9个焊球直
径的变化。
许多元器件制造商使用阻焊膜限定连接盘（见
6.2.2）。在 运用这项技术时，连接盘直径的标称
值应该加上阻焊膜在连接盘上的侵入距离（通常
表4-2 PBGA器件的焊球直径⼤⼩
标称焊球
直径(mm)公差范围(mm) 节距（mm）
0.75 0.90 – 0.65 1.5, 1.27
0.60 0.70 – 0.50 1.0
0.50 0.55 – 0.45 1.0, 0.80
0.45 0.50 – 0.40 1.0, 0.80, 0.75
0.40 0.45 – 0.35 0.80, 0.75, 0.65
0.30 0.35 – 0.25 0.80, 0.75, 0.65, 0.50
表4-3 DSPBGA未来焊球直径⼤⼩
焊球直径标
称值（mm）
公差变化
范围（mm） 节距（mm）
0.25 0.28 – 0.22 0.40
0.20 0.22 – 0.18 0.30
0.15 0.17 – 0.13 0.25
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