什么是BGA BGA的结构和性能
表面贴装技术（smt）在引领电子产品朝着小型化和轻量化方面发挥着重要作用。高引脚电子封装领域曾经见过qfp（四方扁平封装）的主导作用，qfp是一种表面贴装集成电路（ic）封装，其中“鸥翼”引线从四个侧面各伸展。随着半导体集成技术和微制造技术的快速发展，随着电子产品功能的增加和体积的不断缩小，ic门数和i/o端数越来越多。因此，qfp的应用永远无法满足电子产品的发展要求。虽然qfp技术也在不断进步，并且能够处理间距低至0.3mm的元件，但是间距的减小会使组件合格率降低到一定程度。为了成功解决这个问题，bga（球栅阵列）技术应运而生，并受到业界的广泛关注。
什么是bga？
作为一种相对较新的表面贴装器件（smd），bga采用球形引线，分布在封装底部的阵列中。 bga元件可具有大引脚间距和大量引脚。此外，bga元件可以通过smt的应用组装在pcb（印刷电路板）上。
bga的结构和性能
作为一种新型smd，bga从pga（针栅阵列）演变而来，通常由芯腔，基座，引线，盖子和球形引脚组成。 bga的属性包括：
•更高的引脚数。在相同封装尺寸的smd中，bga可以有更多的引脚。通常，bga组件带有400+球形引脚。例如，面积为32mm * 32mm的bga可以承载多达576个引脚，而具有相同面积的qfp只能承载184个引脚。
•更小的装配区域。通过引脚数，bga可以容纳更小的装配区域。例如，将带有304引脚的qfp与带有313个引脚的bga进行比较，虽然后者带有更多引脚，但它占据的面积减少了三分之一。
•下部装配高度。 bga的装配高度低于封装厚度和焊球高度之和。例如，具有208个引脚或304个引脚的qfp的高度为3.78mm，而具有225个或313个引脚的bga的高度仅为2.13mm。此外，焊接后bga的组装高度将会降低，因为焊接过程中焊球会熔化。
•更大的针脚间距。根据jedec发布的bga物理标准，bga焊球之间的引脚间距应为：1.5mm，1.27mm或1.0mm。采用相同的封装尺寸和引脚数，qfp的引脚间距为0.5mm，而bga的引脚间距为1.5mm。
•出色的散热性能。 bga封装电路的温度更接近环境温度，芯片的工作温度低于任何其他smd。
•与smt的兼容性。 bga封装与标准smt兼容。此外，由于bga元件具有更大的引脚间距和出色的共面性，引脚不会出现弯曲问题，相应的组装技术比其他带引线的smd组件更简单。
•更好的电气性能。由于bga元件具有更短的引脚和更高的装配完整性，因此它们具有更好的电气性能，尤其适用于更高频率范围的情况。
•降低制造成本。由于bga封装占较小的装配面积和较高的装配密度，因此制造成本将降低。特别是随着bga封装输出的增加和更广泛的应用，降低制造成本显而易见。
•更高的可靠性和更少的质量缺陷。由于bga封装上的焊球正在实施焊接，因此熔化的焊球将由于表面张力而自动对准。即使焊球和焊盘之间确实发生50％的误差，也可以获得优异的焊接效果。
尽管bga封装有一些明显的优点，但在smt组装过程中会出现一些缺点，包括：
•难以检查焊点。焊点检查要求x射线检查设备导致更高的成本。
•bga返工需要克服更多困难。由于bga元件通过阵列中分布的焊球组装在电路板上，因此返工将更加困难。
•部分bga封装对湿度非常敏感，因此在应用之前需要进行脱水处理。
qfp和bga之间的比较
在这部分中，qfp和bga将通过几个表进行比较在互连密度，引脚间距，引脚数和组装缺陷率方面。
表1 qfp和bga之间的互连密度比较
组件大小（qfp/bga） 针脚间距（qfp/bga） 每边的针数（qfp/bga） 总引脚数（qfp/bga）
14/13 0.65/1.27 20/10 80/100
28/27 0.65/1.27 12/21 144/441
32/31 0.65/1.27 46/24 184/576
40/40 0.65/1.27 58/31 232/961
表2 pin pitch和qfp和bga之间的引脚数比较
pqfp cqfp bga
材料 塑料 陶瓷 陶瓷，塑料，胶带
尺寸（mm） 12-30 20-40 12-44
pin pitch（mm） 0.3,0.4,0.5 0.4,0.5 1.27,1.5
i/o 80-370 144-376 72-1089
表3 qfp与bga之间的装配缺陷率比较
qfp bga
针脚间距（mm） 0.5,0.4,0.3 1.27
行业（ppm） 200,600 0.5 -3
ibm（ppm） 75,600 0.5-3
ibm（只是桥接缺陷） （ppm） <10，<25，<30 <1
表4 qfp与bga之间的引线结构比较 （注：√ - 优秀;ο - 良好;δ - 普通）
鸥翼 j形 i shape bga
能够调整多条线索 ο δ δ √
包厚度 ο δ δ √
引线刚性 δ ο δ √
能够适应多种焊接方法 √ δ δ δ
自我对齐能力回流焊接时的稳定性 ο δ δ √
焊接后的检查性 δ ο δ δ
清洁难度 δ ο √ δ
有效区域利用率 δ ο δ √
之间的比较qfp和bga
与传统smt组装相比，bga共享更简单由于其大引脚间距和极佳的引脚共面性，装配技术得以实现。 bga组装要求将在下面的这一部分讨论。
•bga的防潮原理
有些bga组件非常敏感bga芯室内粘合剂中的环氧树脂会产生湿度，这会吸收日常生活中的湿气，随后在环氧树脂内产生大的应力而蒸发。水蒸气将导致底部基部产生气泡，导致核心室和基座之间出现裂缝。因此，在bga组件应用之前必须进行除湿。由于技术的不断进步和人们对除湿的日益关注，一些bga封装已达到合格的湿度敏感水平，可在30°c和60％rh的环境下放置48小时，焊接时不会产生裂缝。例如，一些bga元件cbga（陶瓷球栅阵列）不再对湿度敏感。因此，应根据bga的分类，环境温度和湿度对bga实施除湿程序。此外，除湿必须根据包装说明和保质期进行。
•bga焊球涂层和印刷
bga焊球通常为25mm * 0.0254mm高，直径为30mm * 0.0254mm。不同类型的bga组件具有不同的合金组成。一般来说，tbga，cbga和cga依赖于具有高熔点的焊料，而大多数bga依赖于具有低熔点的焊料。主要应用高温焊球来阻止焊球过度塌陷。 bga焊球涂层和印刷是指将焊剂或焊膏涂在焊球上然后粘在pcb上的工艺，旨在消除焊盘上的氧化物，并通过熔化在焊球和pcb之间产生良好的连接焊接。
•bga安装
由于更大的引脚间距，bga元件更容易安装在pcb板上。到目前为止，一些高级贴片机可以安装bga组件。此外，由于bga元件可以自对准甚至50％的误差仍然可以实现，因此安装精度不会受到严格监管。
•bga的回流焊接
在回流焊炉中，bga通过焊球或焊膏熔化形成连接。为了获得良好的连接，有必要优化烘箱内的温度曲线，优化方法与其他smd相当。值得注意的是，应该知道焊球成分，以确定回流焊的温度曲线。
•bga检查
bga检查包括焊接质量检查和功能检查。前者是指焊球和pcb焊盘的焊接质量检测。 bga的布置模式增加了目视检查的难度并且需要x射线检查。功能检查应在在线设备上实现，这相当于使用其他类型的封装进行smd测试。
•bga返工
与bga检查类似，在bga上进行返工同样困难，需要专业的返工工具和设备。在返工过程中，需要首先消除损坏的bga，然后必须对涂有焊剂的pcb焊盘进行修改。新的bga需要进行预处理，并且应该进行即时焊接。
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作为一种相对较新的表面贴装器件（smd），bga采用球形引线，分布在封装底部的阵列中。 bga元件可具有大引脚间距和大量引脚。此外，bga元件可以通过smt的应用组装在pcb（印刷电路板）上。
bga的结构和性能
作为一种新型smd，bga从pga（针栅阵列）演变而来，通常由芯腔，基座，引线，盖子和球形引脚组成。 bga的属性包括：
•更高的引脚数。在相同封装尺寸的smd中，bga可以有更多的引脚。通常，bga组件带有400+球形引脚。例如，面积为32mm * 32mm的bga可以承载多达576个引脚，而具有相同面积的qfp只能承载184个引脚。
•更小的装配区域。通过引脚数，bga可以容纳更小的装配区域。例如，将带有304引脚的qfp与带有313个引脚的bga进行比较，虽然后者带有更多引脚，但它占据的面积减少了三分之一。
•下部装配高度。 bga的装配高度低于封装厚度和焊球高度之和。例如，具有208个引脚或304个引脚的qfp的高度为3.78mm，而具有225个或313个引脚的bga的高度仅为2.13mm。此外，焊接后bga的组装高度将会降低，因为焊接过程中焊球会熔化。
•更大的针脚间距。根据jedec发布的bga物理标准，bga焊球之间的引脚间距应为：1.5mm，1.27mm或1.0mm。采用相同的封装尺寸和引脚数，qfp的引脚间距为0.5mm，而bga的引脚间距为1.5mm。
•出色的散热性能。 bga封装电路的温度更接近环境温度，芯片的工作温度低于任何其他smd。
•与smt的兼容性。 bga封装与标准smt兼容。此外，由于bga元件具有更大的引脚间距和出色的共面性，引脚不会出现弯曲问题，相应的组装技术比其他带引线的smd组件更简单。
•更好的电气性能。由于bga元件具有更短的引脚和更高的装配完整性，因此它们具有更好的电气性能，尤其适用于更高频率范围的情况。
•降低制造成本。由于bga封装占较小的装配面积和较高的装配密度，因此制造成本将降低。特别是随着bga封装输出的增加和更广泛的应用，降低制造成本显而易见。
•更高的可靠性和更少的质量缺陷。由于bga封装上的焊球正在实施焊接，因此熔化的焊球将由于表面张力而自动对准。即使焊球和焊盘之间确实发生50％的误差，也可以获得优异的焊接效果。
尽管bga封装有一些明显的优点，但在smt组装过程中会出现一些缺点，包括：
•难以检查焊点。焊点检查要求x射线检查设备导致更高的成本。
•bga返工需要克服更多困难。由于bga元件通过阵列中分布的焊球组装在电路板上，因此返工将更加困难。
•部分bga封装对湿度非常敏感，因此在应用之前需要进行脱水处理。
qfp和bga之间的比较
在这部分中，qfp和bga将通过几个表进行比较在互连密度，引脚间距，引脚数和组装缺陷率方面。
表1 qfp和bga之间的互连密度比较
组件大小（qfp/bga） 针脚间距（qfp/bga） 每边的针数（qfp/bga） 总引脚数（qfp/bga）
14/13 0.65/1.27 20/10 80/100
28/27 0.65/1.27 12/21 144/441
32/31 0.65/1.27 46/24 184/576
40/40 0.65/1.27 58/31 232/961
表2 pin pitch和qfp和bga之间的引脚数比较
pqfp cqfp bga
材料 塑料 陶瓷 陶瓷，塑料，胶带
尺寸（mm） 12-30 20-40 12-44
pin pitch（mm） 0.3,0.4,0.5 0.4,0.5 1.27,1.5
i/o 80-370 144-376 72-1089
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qfp bga
针脚间距（mm） 0.5,0.4,0.3 1.27
行业（ppm） 200,600 0.5 -3
ibm（ppm） 75,600 0.5-3
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表4 qfp与bga之间的引线结构比较 （注：√ - 优秀;ο - 良好;δ - 普通）
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包厚度 ο δ δ √
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•bga焊球涂层和印刷
bga焊球通常为25mm * 0.0254mm高，直径为30mm * 0.0254mm。不同类型的bga组件具有不同的合金组成。一般来说，tbga，cbga和cga依赖于具有高熔点的焊料，而大多数bga依赖于具有低熔点的焊料。主要应用高温焊球来阻止焊球过度塌陷。 bga焊球涂层和印刷是指将焊剂或焊膏涂在焊球上然后粘在pcb上的工艺，旨在消除焊盘上的氧化物，并通过熔化在焊球和pcb之间产生良好的连接焊接。
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由于更大的引脚间距，bga元件更容易安装在pcb板上。到目前为止，一些高级贴片机可以安装bga组件。此外，由于bga元件可以自对准甚至50％的误差仍然可以实现，因此安装精度不会受到严格监管。
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•bga返工
与bga检查类似，在bga上进行返工同样困难，需要专业的返工工具和设备。在返工过程中，需要首先消除损坏的bga，然后必须对涂有焊剂的pcb焊盘进行修改。新的bga需要进行预处理，并且应该进行即时焊接。
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基于TL431的电池放电监控器电路图
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