【IPC-7095C】_BGA设计与组装工艺的实施_（IPC标准）.pdf - 第39页
艺 之 后 ，通 常 会在 陶瓷 中 介基板 和有 机印制 电 路 板 之 间 加 入 环氧 树脂基底 部 填充 材料。 4.4.4 陶瓷柱 栅阵列 图 4-10 所示 为 典 型柱 状 焊 料 触 点 ， 通 常 用于 大 型陶瓷封 装 （ 32mm 至 45mm ） 。 这种 封 装与 早期 的 针 栅阵列 类 似但是触 点节距 较小 且 引线 也 更 为 脆 弱 （ 柱 状 ） 。 柱 状触 点 的 直 径 大 约 为 0.5mm…
于批量BGA组装，会利用自动或者半自动置球
方式。所需尺寸的合金球体（见表4-1）可以通
过成组的贴片机－采用自动化系统逐个放置，
或采用一个类似模板的夹具进行成批放置并连
接。对于研发用或者仅需小批量置球时，可以
使用简单的模板夹具来对焊球精确定位，但是
所有焊球的连接工艺都是一样的。在开始阶段
先将液态或者“粘性”焊膏助焊剂涂敷或印
刷
在触点图形上，再流焊期间助焊剂保持焊球定
位。焊球再流焊接到基板上通常在氮气环境中
进行。氮气环境可以保证焊球一致的质量同时
避免其表面在再流焊过程中被氧化。然而，封
装与PCB再流焊连接时没有必要使用氮气。共
晶焊球可以提供“可控塌陷”，从而在再流焊过
程中提升自对准能力（弥补在组装过程中的一
些偏移）。
在使用塑封BGA时需要考虑一些
问题。首先是
湿敏问题。在返工过程中，要被拆除和替换的
元器件周边的湿敏元器件必须事先进行烘烤和
／或避免它们在返工活动中受热。如果塑封BGA
需要重复使用，那么在封装从印制板组件上被
取下之后需要特别小心进行BGA的重新植球。
对于陶瓷基BGA所用的高熔点非塌陷焊球，湿
敏问题并非如此；焊球在返工过程中也不会融
化。
当暴露于焊料连接所
需的温度时，塑封BGA封
装也容易翘曲。在再流焊焊接过程中，封装边
缘会上翘或者向下弯曲，进而严重地影响封装
和印制板的电气连接界面。大封装比小封装更
容易翘曲。封装翘曲是由基板结构、模封材料
和内置硅芯片的热膨胀系数不匹配造成的。当
芯片尺寸较大或BGA有散热片时，这种问题可
能会更严峻。
4.4.3 陶瓷BGA 陶瓷封装的内部连接方式可以
是导线键合或芯片倒
装。图4-8表示封装内部的倒
装芯片键合。封装配置的芯片可安装在基板的上
表面（腔体朝上）或基板的下表面（腔体朝下）。
图4-9所示的典型陶瓷封装所用的焊球，是一种
熔点为302°C的高 温 合金（90%铅和10%锡）。然
而，焊球连接合金可以是共晶焊料（Sn63Pb37）。
尽管聚合物灌封或包覆成型被广泛应用于芯片
区域，一些陶瓷基BGA封装的器件是
密封的（不
会吸收湿气）。由于这些产品的焊球的熔点通常
较高，所以在返工时不会塌陷。陶瓷BGA的缺点
在于其高热容量，这与塑封集成电路有些许不
同，使得在开发再流焊温度曲线时的更困难。
由于陶瓷封装和电路板之间热膨胀系数的不匹
配，焊点需要进行物理加固。在焊接和清洁工
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图4-7 塑料球栅阵列（BGA）封装
芯片
封装基板
封装基板
金属线键合
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图4-8 热增强型陶瓷球栅阵列（CBGA）封装横截⾯
金属合金散热片
热界面材料
倒装芯片安装的半导体芯片
陶瓷氧化铝基板
焊球
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图4-9聚合物模压包封的陶瓷球栅阵列（CBGA）
密封材料
焊球（无铅）
陶瓷基板（双面）
键合金属线
芯片
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艺之后，通常会在陶瓷中介基板和有机印制电
路板之间加入环氧树脂基底部填充材料。
4.4.4 陶瓷柱栅阵列 图4-10所示为典型柱状焊料
触点，通常用于大型陶瓷封装（32mm至45mm）。
这种封装与早期的针栅阵列类似但是触点节距
较小且引线也更为脆弱（柱状）。柱状触点的直
径大约为0.5mm,长度为1.25mm至2.0mm。柱状
引脚可通过共晶焊料（Sn63Pb37）连接到封装
或者用90%铅和10%锡的焊料铸造定位到封装。
较长的柱状引脚通常能吸收陶瓷封装和印制板
之间大量热膨胀不匹配从而提高焊点可靠性。
另一方面，较长的柱子可能会减弱电气性能并
增加总体封装高度轮廓。焊料柱不如焊球触点
牢固，操作时容易损坏。
4.4.5 载带球栅阵列 图4-11所示的载带（聚酰
亚胺膜）BGA可提供总体外形更低的封装。低
电介质
聚酰亚胺膜可提供一层或两层金属层以
便封装内电路的高密度布线。
对于图示典型的聚酰亚胺中介基板BGA，热膨
胀系数的不匹配并不是个问题，因为芯片连接粘
合剂和基板伸缩性会吸收封装结构中的应力。
载带BGA可用于倒装芯片、金属线键合或者引线
键合以实现芯片与基板的互连。单金属层载带
基板通常用于低成本和低引线数封装应用，双
金属层载带用于高引线数或性能驱动的应用。
例如，附加的铜层
能提供有效的接地回路以显
著降低电感量和开关噪声效应。接地层效应会
影响噪音降低的程度，而接地层内电流阱的数
量也会影响电感量的水平。图4-12中比较的双金
属层基板，不仅可提供较好的电气性能，也可
以显著改善封装内部电路布线能力。
单金属层材料的电路布线限制在焊球连接位置
之间狭窄的 介电间隙内。随着触点节距缩小至
0.5mm，触点外形之间的间距会减至75μm
，可
图4-10陶瓷基的柱栅阵列(CCGA)封装
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图4-11 聚酰亚胺薄膜基引线键合μBGA封装基板，提
供芯⽚焊盘与焊球触点之间的强耦合
边缘加固
焊球
密封材料
硅片
聚酰亚胺薄膜
镀金铜带
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能只可布置单条线路。这个因素限制了单金属
层用于狭窄的低I/O数封装应用。
4.4.6 多芯⽚封装 对于高密度封装技术来说，
便携和无线电子产品代表了发展最为迅猛的领
域。在电路板制造和IC封装中，将最为复杂电
子功能压缩到一个更小、更轻的成品中的技术
仍在持续发展。
可携带和手持式是电子产品自然的目标。例如，
数码相机和便携式摄像机必须
考虑易用性、较
轻的重量以及性能。手机、传呼机、个人通信
装置、掌上电脑、工业和汽车电子、个人全球
定位系统、医疗和诊断产品，都是可行的更高
效设备小型化的代表。
存储器件如Flash、SRAM、SDRAM是最早面市
的 商 用产品类型以适应FBGA和CSP的大量需
要。然而，数字信号处理器、控制器、CPU和
任何专用集成电路器件也是多芯片封装的主要
候选对象。许多芯片封装适应简单的
导线键合
工艺而将芯片互连到基板。然后灌封或包覆芯
片和导线键合区域以提供单封装外形。导线键
合解决方案能配置两个或更多芯片的叠加，但
是随着每一芯片层的增加，封装高度会显著增
加。
将两个或多个IC封装于单个封装外形，在尺寸
功能比方面更有效并且可能增强性能。多芯片
封装可潜在地增加元器件密度并改善印制板上
元器件间的布线效率。某些
多芯片封装方法是
在单个基板上将一个芯片连接到另一个芯片的
上面，如图4-13所示。
以金字塔形叠加不同尺寸芯片是常见的，但是
当芯片尺寸相同时，各有源芯片间要加入隔离
片以消除键合线弧。
4.4.7 系统级封装（SiP） 厂商将大量相关功
能单元合并至单个封装外形中以便为额外功能
提供空间。尽管一些厂商选择研发多功能芯片
（片上系统），但这个选择对于
许多其它厂商来
说可能并不实际。由于开发带有混合功能能力
的定制芯片的时间跨度太长，大部分厂商发现
将已验证的芯片组合（叠加）在单个封装结构
内更为实际（见图4-14的芯片叠加示例）。
上图显示的八芯片配置包括两个1Gb的AD闪
存芯片，两个256Mb的SDRAM，两个256Mb的
OR闪存芯片，一个128Mb UtRAM以及一个64
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图4-12 单⾦属层载带基板与双⾦属层载带基板的封
装内部电路布线能⼒对⽐
单金属
层载带
双金属
层载带
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图4-13 单封装芯⽚叠装 BGA
图4-14 定制⼋芯⽚（倒装芯⽚和⾦线键合）SiP组件
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