BGA封装出现于90年代初期，现已发展成为一项成熟的高密度封装技术。在半导体IC的所有封装类型中，1996-2001年这5年期间，BGA封装的增长速度最快。在1999年，BGA的产量约为10亿只，在2004年预计可达36亿只。但是，到目前为止该技术仅限于高密度、高性能器件的封装，而且该技术仍朝着细节距、高I／O端数方向发展。BGA封装技术主要适用于PC芯片组、微处理器／控制器、ASIC、门阵、存储器、DSP、PDA、PLD等器件的封装。
球形触点陈列（BGA），表面贴装型封装之一。在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配LSI芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。也称为凸点陈列载体(PAC)。图1是BGA封装图。引脚可超过200，是多引脚LSI用的一种封装。封装本体也可做得比QFP(四侧引脚扁平封装)小。例如，引脚中心距为1.5mm的360引脚BGA仅为31mm见方；而引脚中心距为0.5mm的304引脚QFP为40mm见方。而且BGA不用担心QFP那样的引脚变形问题。
BGA封装的引出端为球或柱状合金，并矩阵状分布于封装体的底面，改变了引出端分布于封装体两侧或四周的形式。
图1 BGA封装图
BGA封装的特点
（1）I／O数较多。BGA封装器件的I／O数主要由封装体的尺寸和焊球节距决定。由于BGA封装的焊料球是以阵列形式排布在封装基片下面，因而可极大地提高器件的I／O数，缩小封装体尺寸，节省组装的占位空间。通常，在引线数相同的情况下，封装体尺寸可减小30％以上。例如：CBGA-49、BGA-320(节距1.27mm)分别与PLCC-44(节距为1.27mm)和MOFP-304(节距为0.8mm)相比，封装体尺寸分别缩小了84％和47％。
（2）提高了贴装成品率，潜在地降低了成本。传统的QFP、PLCC器件的引线脚均匀地分布在封装体的四周，其引线脚的节距为1.27mm、1.0mm、0.8mm、0.65mm、0.5mm。当I／O数越来越多时，其节距就必须越来越小。而当节距<0.4mm时，SMT设备的精度就难以满足要求。加之引线脚极易变形，从而导致贴装失效率增加。其BGA器件的焊料球是以阵列形式分布在基板的底部的，可排布较多的I／O数，其标准的焊球节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm，细节距BGA(印BGA，也称为CSP-BGA，当焊料球的节距<1.0mm时，可将其归为CSP封装)的节距为0.8mm、0.65mm、0.5mm，与现有的SMT工艺设备兼容，其贴装失效率<10ppm。
（3）BGA的阵列焊球与基板的接触面大、短，有利于散热。
（4）BGA阵列焊球的引脚很短，缩短了信号的传输路径，减小了引线电感、电阻，因而可改善电路的性能。
（5）明显地改善了I／O端的共面性，极大地减小了组装过程中因共面性差而引起的损耗。
（6）BGA适用于MCM封装，能够实现MCM的高密度、高性能。
（7）BGA和～BGA都比细节距的脚形封装的IC牢固可靠。
BGA的封装类型多种多样，其外形结构为方形或矩形。根据其焊料球的排布方式可分为周边型、交错型和全阵列型BGA。根据其基板的不同，主要分为三类：PBGA(PlasticballZddarray塑料焊球阵列)、CBGA(ceramicballSddarray陶瓷焊球阵列)、TBGA (tape ball grid array载带型焊球阵列)。
（1）PBGA(塑料焊球阵列)封装
PBGA封装，它采用BT树脂／玻璃层压板作为基板，以塑料(环氧模塑混合物)作为密封材料，焊球为共晶焊料63Sn37Pb或准共晶焊料62Sn36Pb2Ag(目前已有部分制造商使用无铅焊料)，焊球和封装体的连接不需要另外使用焊料。PBGA封装的结构示意图如图2。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(腔体塑料焊球阵列)。
图2 PBGA封装的结构示意图
1)与PCB板(印刷线路板-通常为FR-4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。
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。
（2）CBGA(陶瓷焊球阵列)封装
在BGA封装系列中，CBGA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。其封装结构如图3，封装体尺寸为10-35mm，标准的焊球节距为1.5mm、1.27mm、1.0mm。
图3 CBGA的封装结构
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。
1)由于陶瓷基板和PCB板的热膨胀系数(CTE)相差较大(A1203陶瓷基板的CTE约为7ppm／cC，PCB板的CTE约为17ppm／笔)，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。
（3）CCGA(ceramiccolumnSddarray)陶瓷柱栅阵列
CCGA是CBGA的改进型。CCGA结构的三种类型如图4所示。二者的区别在于：CCGA采用直径为0.5mm、高度为1.25mm~2.2mm的焊料柱替代CBGA中的0.87mm直径的焊料球，以提高其焊点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB板之间的剪切应力。
图4 CCGA结构的三种类型
（4）TBGA(载带型焊球阵列)
TBGA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。倒装焊键合的芯片倒装键合在多层布线柔性载带上；用作电路I／O端的周边阵列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。腔体朝下的引线键合TBGA的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。
1)封装体的柔性载带和PCB板的热匹配性能较。
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。
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。
（5）其它的BGA封装类型
MCM-PBGA(Multiplechipmodule-PBGA)是多芯片模块PBGA。
LBGA，微BGA，它是一种芯片尺寸封装。芯片面朝下，采用TAB键合实现芯片与封装基片焊盘互连的，LBGA的结构示意图如图5。它的封装体尺寸仅略大于芯片(芯片+0.5mm)。gBGA有3种焊球节距：0.65mm、0.75mm和0.8mm。TAB引线键合和弹性的芯片粘接是txBGA的特征。与其它的芯片尺寸封装相比，它具有更高的可靠性。
图5 LBGA封装的结构示意图
SBGA(Stackedballgridarray)，叠层BGA，它的结构示意图如图6所示。
图6 SBGA封装的结构示意图
etBGA，最薄的BGA结构，封装体高度为0.5mm，接近于芯片尺寸。芯片面朝下。
CTBGA、CVBGA(ThinandVeryThinChipArrayBGA)，薄型、超薄型BGA。该种BGA使用的基板是薄的核心层压板，包封采用模塑结构，封装体高度为1.2mm。
基板或中间层是BGA封装中非常重要的部分，除了用于互连布线以外，还可用于阻抗控制及用于电感／电阻／电容的集成。因此要求基板材料具有高的玻璃转化温度rS(约为175～230℃)、高的尺寸稳定性和低的吸潮性，具有较好的电气性能和高可靠性。金属薄膜、绝缘层和基板介质间还要具有较高的粘附性能。
BGA技术的出现便成为CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。但BGA封装占用基板的面积比较大。虽然该技术的I/O引脚数增多，但引脚之间的距离远大于QFP，从而提高了组装成品率。而且该技术采用了可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能。另外该技术的组装可用共面焊接，从而能大大提高封装的可靠性；并且由该技术实现的封装CPU信号传输延迟小，适应频率可以提高很大。为了满足高速度、高性能、高引线数、高可靠、低功耗、小尺寸、低成本和更薄、更小、更轻的电子封装产品的发展要求，下一代BGA封装技术便应运而生，诸如略大于IC的载体(SLICC)、倒装焊BGA(FCBGA)、基于TAB技术的BGA(金属TCP、S-FPAC、高密度QFP)等，它们越来越多地应用于消费类电子产品中，诸如闪速存储器、全球定位系统、蜂窝电话、手掌游戏机和小型硬盘驱动器等。
采用BGA技术封装的内存（见图7），可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，BGA与TSOP相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。BGA封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用BGA封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有TSOP封装的三分之一；另外，与传统TSOP封装方式相比，BGA封装方式有更加快速和有效的散热途径。
图7 BGA封装内存
BGA封装的I/O端子以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面，BGA技术的优点是I/O引脚数虽然增加了，但引脚间距并没有减小反而增加了，从而提高了组装成品率；虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，从而可以改善它的电热性能；厚度和重量都较以前的封装技术有所减少；寄生参数减小，信号传输延迟小，使用频率大大提高；组装可用共面焊接，可靠性高。
说到BGA封装就不能不提Kingmax公司的专利TinyBGA技术，TinyBGA英文全称为Tiny Ball Grid Array（小型球栅阵列封装），属于是BGA封装技术的一个分支。是Kingmax公司于1998年8月开发成功的，其芯片面积与封装面积之比不小于1:1.14，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高2～3倍，与TSOP封装产品相比，其具有更小的体积、更好的散热性能和电性能。采用TinyBGA封装技术的内存如图8所示。
图8 TinyBGA封装内存
采用TinyBGA封装技术的内存产品在相同容量情况下体积只有TSOP封装的1/3。TSOP封装内存的引脚是由芯片四周引出的，而TinyBGA则是由芯片中心方向引出。这种方式有效地缩短了信号的传导距离，信号传输线的长度仅是传统的TSOP技术的1/4，因此信号的衰减也随之减少。这样不仅大幅提升了芯片的抗干扰、抗噪性能，而且提高了电性能。采用TinyBGA封装芯片可抗高达300MHz的外频，而采用传统TSOP封装技术最高只可抗150MHz的外频。
TinyBGA封装的内存其厚度也更薄（封装高度小于0.8mm），从金属基板到散热体的有效散热路径仅有0.36mm。因此，TinyBGA内存拥有更高的热传导效率，非常适用于长时间运行的系统，稳定性极佳。
