电路板封装之BGA

自1995年Motorola推行"球脚格列封装体"之半导体元件以来，在高脚数IC的封装领域中，已席卷天下毫无对手，连Intel当年的Pentium中央处理器（CPU），其320脚的QFP四面伸脚之封装法，也不得不俯首称臣，顺应潮流改成为P-BGA式的PentiumⅡ。如今的BGA封装元件不但一路缩小到脚距只有0.5mm与0.4mm的CSP，而且从单一晶片複杂到了多晶片重迭的封装，更加入了被动元件与複杂佈线，进而成为浓缩版本次级系统构装的SIP，依然採用"格列式球脚"在各种主系统板面上进行组装。

图1、上左图为传统金属脚架式的鸥脚封装与有机载板BGA球脚封装两者之对比。

上右图为最基本BGA之结构，

下二图分别是高功率方便散热的Die Down式与现行CPU、

大发快盈500 北桥、绘图晶片所採用覆晶式BGA组成的简单示意图。

値此无铅焊接将要全面展开之际，对于这种最容易出问题的重要元件，实有必要及早说明其可能遭遇的困难，与找出如何因应与脱困的解决方案。

图2、此为半导体封装业其产品进步的总趋势及三种面积性"球脚格列封装体"外形大小与结构的比较。

一、採BGA封装方式之IC有三大好处：

大发快盈500 外形坚固、体积小密度高路径短、以及杂讯少电性好等优点。常见之P-BGA可耐6-8W之功率，加装散热片者更可耐到30W。

图3、左图为最基本打线式之封装法，右图为覆晶式封装法的示意图，两者皆为双面式的入门载板。

二、各种採BGA方式封装之元件中，16—64脚者占半数以上

208脚以上者只占5%。常见者脚距或球距多在0.65mm至1.27mm之间。现行密距量产者其球距已逼近到0.5mm及0.4mm，目前试产中最密者为0.3mm，其于的将非常辛苦。

图4、此三图分别为密距式CSP之球脚阵列以及内部迭晶与总体封装成形的外观，为手执电子品所常用。

三、一般球径约占球距的60%

对于密距者之球径则亦应固定为0.3mm。腹底外围1-3环的球脚多设为讯号球， 一则因佈线容易自方阵中逃出， 二则因其焊接可靠度较好而得减少功能的失效（但四角不宜设球〕。难焊的内球只敢做为无逃线的电源、接地、与散热之用。

图5、此为腹底之球脚位置及其逃线之画面。

四、现行封装形式并已成为各式次系统模组之范本

大发快盈500 大型複杂互连载具，可搭载多枚晶片（包括迭晶）与被动元件，特称为MDS，其大型高功能者竟达1700脚之多。为了方便腹底之清洁与绝缘起见，其组装后之架高应保持在0.4-0.5mm以上。

图6、此为球脚载板的特用模组ASM之示意图。

五、各式BGA腹底在N2中之植球

为保证其体积与共面性之稳定起见（须在3-6%之内），特採用高黏性助焊剂做为暂时定位与永久焊牢之佐料，而不能使用对高度变化较多的鍚膏。事实上此植球阶段之载板即易发生弯翘，各球脚之共面性要求平均为0.15mm。因而BGA后续之组装最好也不要安置在PCB的正中心线上，以防组板再度弯翘而失去共面性。现用球料为Sn63 ，自2006年7月起须改用无铅銲锡（以SAC305为主），其自我回正之性能将会劣化。

图7、此为眞空吸著式与定位后反贴式等两种植球法之示意图

大发快盈500 图8 、此为第三种直接推滚植球法与品质良好球脚之原始面貌。

大发快盈500 所用球脚不但要正圆而且大小也不能差出3%，

唯其如此才能保证植著后必须的共面性。

六、载板顶面之安晶打线作业

大发快盈500 其工作表面必须电镀镍与电镀金层。连带使得载板底面球垫上也只好镀镍镀金。为防止焊接中的金脆起见，黄金厚度以1 0 μm为宜，绿漆设限所爬上承垫边缘的宽度约为0.1mm。

图9、此为最常见低功率Die up封装方式之示意图，

大发快盈500 右为编者补充之正面安晶区及打线用的双道金手指环列承垫图。

七、组装焊接之困难甚多

例如目检，湿敏水淮MSL，重工、成本、供应鍊、与Voiding〈空洞）等。一旦P-BGA封装器件吸水后，高温中经常会发生弯翘；否则易出现胀大、曝米花、与开裂，背有散热片者更容易出现上弯，常使得角球翘高而焊不好、260℃以上还会更加危险。

表1、BGA图