芯片封装类型之BGA工艺

芯片封装工艺类型有DIP双列式封装、PGA点阵式封装、SOP小型化封装、QFP四边扁平封装、PLCC、LCC无引线陶瓷芯片载体、TAB、BGA球栅阵列封装、PGA插针网格阵列封装、CSP芯片尺寸封装。从演化运用时间和实用广泛程度上，TAB到BGA球栅阵列封装是一个转折点。

“球栅阵列Ball Grid Array，BGA封装在封装基板底部植球，以此作为电路的I/O接口，因此大大提升了IC接口的数量，并因其I/O间距交大，使得其SMT失效率大幅降低[1]”。BGA封装允许了当IC频率超过100Mhz时，传统封装方式可能会产生所谓的crosstalk现象，而且当IC管脚数大于208PIN时，传统封装类型有困难度。那么如何具体实现BGA键合封装？这种封装的特点是外引线变为焊球或者焊凸点，成阵列分布于基本的底平面上。这样的独特结构带来四大优点：电性能提升，成品率提高，引脚牢固，减少共性面问题。

采用BGA封装的DRAM，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍。并且作为焊球，缩短了信号传输路径，减少电阻，厚度和重量都相比前些封装工艺明显减轻减少，能排布更多I/O，体积更小散热也更好。实验显示，传统QFP封装400个I/O电极引脚，最终边长127mm，整个芯片表面积160平方厘米。若采用BGA工艺，边长最多25.4mm，体积占比不到7平方厘米。

键合BGA封装工艺分为前段工艺和后端工艺。前段工艺包括：圆片减薄、芯片切割、芯片贴装、等离子清洗、引线焊接，后端工艺包括：塑封、后固化、打标、植球、切割分选。圆片减薄通过研磨轮在圆片背面高速旋转打磨来实现圆片减薄，为防止芯片碎片及减小芯片表面碎裂风险，会抛光来消除内应力。减薄完成后，利用胶带揭去圆片表面贴膜，进行厚度测量和品测。减薄之后第二步，通过刀片切割或者激光切割通过蓝膜将圆片固定在金属环上切割成独立芯片。第三步芯片贴装，根据设计图将芯片通过银胶、DAF膜等贴片材料固定在基板上，其主要作用就是固定芯片和传导芯片上的热量。等离子清洗，将电离的氩离子、电子、活性基团的等离子清洗剂将芯片上和基板上的污染物形成挥发性气体，由真空系统抽走。清洗的作用是为了焊线时更好的结合力。引线焊接是整个BGA封装最关键的环节，通过引线焊接将焊线与芯片上的铝垫、基板上的金属焊盘连接起来，从而实现电流通路。后端工艺塑封，将塑封剂注入模腔，然后自动固化成型。后固化，将塑封料高温烘烤，来稳定环氧树脂分子结构，提高塑封硬度，消除内部应力。打标，在芯片正面打上生产日期。下一步植球，这是BGA封装的特殊工艺，在基板背面的焊球铝垫上印刷助焊剂并放置锡球，通过回流炉使锡球熔融，并与焊球垫形成共晶，冷却后固定在垫上。完成回流后的焊球成为BGA封装的I/O外引脚，从而实现芯片与外部电路相连[1]。最后再通过切割方式将整条BGA产品分割成单个BGA芯片。