簡介
90年代隨著集成技術的進步、設備的改進和深亞微米技術的使用,LSI、VLSI、ULSI相繼出現,矽單晶片集成度不斷提高,對積體電路封裝要求更加嚴格,I/O引腳數急劇增加,功耗也隨之增大。為滿足發展的需要,在原有封裝品種基礎上,又增添了新的品種——球柵陣列封裝,簡稱BGA(Ball Grid Array Package)。如圖所示。20世紀90年代隨著技術的進步,晶片集成度不斷提高,I/O引腳數急劇增加,功耗也隨之增大,對積體電路封裝的要求也更加嚴格。為了滿足發展的需要,BGA封裝開始被套用於生產。BGA是英文Ball Grid Array Package的縮寫,即球柵陣列封裝。
採用BGA技術封裝的記憶體,可以使記憶體在體積不變的情況下記憶體容量提高兩到三倍,BGA與TSOP相比,具有更小的體積,更好的散熱性能和電性能。BGA封裝技術使每平方英寸的存儲量有了很大提升,採用BGA封裝技術的記憶體產品在相同容量下,體積只有TSOP封裝的三分之一;另外,與傳統TSOP封裝方式相比,BGA封裝方式有更加快速和有效的散熱途徑。
BGA封裝的I/O端子以圓形或柱狀焊點按陣列形式分布在封裝下面,BGA技術的優點是I/O引腳數雖然增加了,但引腳間距並沒有減小反而增加了,從而提高了組裝成品率;雖然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷晶片法焊接,從而可以改善它的電熱性能;厚度和重量都較以前的封裝技術有所減少;寄生參數減小,信號傳輸延遲小,使用頻率大大提高;組裝可用共面焊接,可靠性高。
特點
BGA一出現便成為CPU、南北橋等VLSI晶片的高密度、高性能、多功能及高I/O引腳封裝的最佳選擇。其特點有:1.I/O引腳數雖然增多,但引腳間距遠大於QFP,從而提高了組裝成品率;
2.雖然它的功耗增加,但BGA能用可控塌陷晶片法焊接,簡稱C4焊接,從而可以改善它的電熱性能:
3.厚度比QFP減少1/2以上,重量減輕3/4以上;
4.寄生參數減小,信號傳輸延遲小,使用頻率大大提高;
5.組裝可用共面焊接,可靠性高;
6.BGA封裝仍與QFP、PGA一樣,占用基板面積過大;
Intel公司對這種集成度很高(單晶片里達300萬隻以上電晶體),功耗很大的CPU晶片,如Pentium、Pentium Pro、Pentium Ⅱ採用陶瓷針柵陣列封裝CPGA和陶瓷
球柵陣列封裝CBGA,並在外殼上安裝微型排風扇散熱,從而達到電路的穩定可靠工作。
BGA球柵陣列封裝
隨著積體電路技術的發展,對積體電路的封裝要求更加嚴格。這是因為封裝技術關係到產品的功能性,當IC的頻率超過100MHz時,傳統封裝方式可能會產生
所謂的“CrossTalk”現象,而且當IC的管腳數大於208 Pin時,傳統的封裝方式有其困難度。因此,除使用QFP封裝方式外,現今大多數的高腳數晶片(如圖形晶片與晶片組等)皆轉而使用BGA(Ball Grid Array Package)封裝技術。BGA一出現便成為CPU、主機板上南/北橋晶片等高密度、高性能、多引腳封裝的最佳選擇。
分類
1.PBGA(Plastic BGA)基板:一般為2-4層有機材料構成的多層板。Intel系列CPU中,Pentium II、III、IV處理器均採用這種封裝形式。近二年又出現了另一種形式:即把IC直接邦定在板子上,它的價格要比正規的價格便宜很多,一般用於對質量要求不嚴格的遊戲等領域。2.CBGA(CeramicBGA)基板:即陶瓷基板,晶片與基板間的電氣連線通常採用倒裝晶片(FlipChip,簡稱FC)的安裝方式。Intel系列CPU中,Pentium I、II、Pentium Pro處理器均採用過這種封裝形式。
3.FCBGA(FilpChipBGA)基板:硬質多層基板。
4.TBGA(TapeBGA)基板:基板為帶狀軟質的1-2層PCB電路板。
5.CDPBGA(Carity Down PBGA)基板:指封裝中央有方型低陷的晶片區(又稱空腔區)。
示例
說到BGA封裝就不能不提Kingmax公司的專利TinyBGA技術,TinyBGA英文全稱為Tiny Ball Grid Array(小型球柵陣列封裝),屬於是BGA封裝技術的一個分支。是Kingmax公司於1998年8月開發成功的,其晶片面積與封裝面積之比不小於1:1.14,可以使記憶體在體積不變的情況下記憶體容量提高2~3倍,與TSOP封裝產品相比,其具有更小的體積、更好的散熱性能和電性能。採用TinyBGA封裝技術的記憶體產品在相同容量情況下體積只有TSOP封裝的1/3。TSOP封裝記憶體的引腳是由晶片四周引出的,而TinyBGA則是由晶片中心方向引出。這種方式有效地縮短了信號的傳導距離,信號傳輸線的長度僅是傳統的TSOP技術的1/4,因此信號的衰減也隨之減少。這樣不僅大幅提升了晶片的抗干擾、抗噪性能,而且提高了電性能。採用TinyBGA封裝晶片可抗高達300MHz的外頻,而採用傳統TSOP封裝技術最高只可抗150MHz的外頻。
TinyBGA封裝的記憶體其厚度也更薄(封裝高度小於0.8mm),從金屬基板到散熱體的有效散熱路徑僅有0.36mm。因此,TinyBGA記憶體擁有更高的熱傳導效率,非常適用於長時間運行的系統,穩定性極佳。