按封装材料的不同,BGA元器件主要有以下几种:
PBGA(plastic BGA,塑料封装的BGA);CBGA(ceramic BGA,陶瓷封装的BGA);CCBGA(ceramic column BGA,陶瓷柱状封装的BGA);TBGA(tape BGA,载带状封装的BGA);CSP(ship scale package或μBGA)
PBGA(Plastic Ball Grid Array),它采用BT 树脂/玻璃层压板作为基板,以塑胶(环氧模塑混合物)作为密封材料,焊球可分为有铅焊料(63Sn37Pb、62Sn36Pb2Ag)和无铅焊料(Sn96.5Ag3Cu0.5),焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料。
有一些PBGA 封装为腔体结构,分为腔体朝上和腔体朝下两种。这种带腔体的PBGA是为了增强其散热性能,称之为热增强型BGA,简称EBGA,有的也称之为CPBGA(腔体塑料焊球数组).
PBGA 封装的优点:
1、与 PCB 板的热匹配性好。PBGA 结构中的BT 树脂/玻璃层压板的热膨胀系数(CTE)约为14ppm/℃,PCB 板的约为17ppm/cC,两种材料的CTE 比较接近,因而热匹配性好;
2、在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用,即熔融焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求;
3、成本低;
4、电性能良好。
PBGA 封装的缺点:
对湿气敏感,不适用于有气密性要求和可靠性要求高的器件的封装。
CBGA(Ceramic Ball Grid Array)在BGA 封装系列中的历史最长。它的基板是多层陶瓷,金属盖板用密封焊料焊接在基板上,用以保护芯片、引线及焊盘。焊球材料为高温共晶焊料10Sn90Pb,焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料63Sn37Pb。
CBGA 封装的优点如下:
1、气密性好,抗湿气性能高,因而封装组件的长期可靠性高;
2、与 PBGA 器件相比,电绝缘特性更好;
3、与 PBGA 器件相比,封装密度更高;
4、散热性能优于 PBGA 结构。
CBGA 封装的缺点如下:
1、由于陶瓷基板和 PCB 板的热膨胀系数(CTE)相差较大,因此热匹配性差,焊点疲劳是其主要的失效形式;
2、与 PBGA 器件相比,封装成本高;
3、在封装体边缘的焊球对准难度增加。
TBGA(Tape Ball Grid Array) 是一种有腔体结构,TBGA 封装的芯片与基板互连方式有两种:倒装焊键合和引线键合。芯片倒装键合在多层布线柔性载带上;用作电路I/O 端的周边数组焊料球安装在柔性载带下面;它的厚密封盖板又是散热器(热沉),同时还起到加固封装体的作用,使柔性基片下面的焊料球具有较好的共面性。芯片粘结在芯腔的铜热沉上;芯片焊盘与多层布线柔性载带基片焊盘用键合引线实现互连;用密封剂将电路芯片、引线、柔性载带焊盘包封(灌封或涂敷)起来。
TBGA 的优点如下:
1、 封装体的柔性载带和 PCB 板的热匹配性能较好;
2、在回流焊过程中可利用焊球的自对准作用,印焊球的表面张力来达到焊球与焊盘的对准要求;
3、是最经济的 BGA 封装;
4、 散热性能优于 PBGA 结构。
TBGA 的缺点如下:
1、对湿气敏感;
2、不同材料的多级组合对可靠性产生不利的影响。
MCM-PBGA(Multiple chip module-PBGA),多芯片模块PBGA;
μBGA,微BGA,是一种芯片尺寸封装;
SBGA(Stacked ball grid array),叠层BGA;
etBGA,最薄的BGA结构,封装体高度为0.5mm,接近于芯片尺寸;
CTBGA、CVBGA(Thin and Very Thin Chip Array BGA),薄型、超薄型BGA;