BGA封裝結(jié)構(gòu)中芯片與基板的互連方式主要有兩種：引線鍵合和倒裝焊。BGA的I/O數(shù)主要集中在100~1000。成本、性能和可加工能力是選擇使用何種方式時主要考慮因素。采用引線鍵合的BGA的I/O數(shù)常為50~540，采用倒裝焊方式的I/O數(shù)常>540。另外，選用哪一種互連方式還取決于所使用封裝體基片材料的物理特性和器件的應(yīng)用條件。PBGA的互連常用引線鍵合方式，CBGA常用倒裝焊方式，TBGA兩種互連方式都有使用。當I/O數(shù)<600時，引線鍵合的成本低于倒裝焊。但是，倒裝焊方式更適宜大批量生產(chǎn)，而如果圓片的成品率得到提高，那么就有利于降低每個器件的成本。并且倒裝焊更能縮小封裝體的體積。
引線鍵合引線鍵合方式歷史悠久，具有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，它的加工靈活性、材料/基片成本占有主要的優(yōu)勢。其缺點是設(shè)備的焊接精度已經(jīng)達到極限。引線鍵合是單元化操作。每一根鍵合線都是單獨完成的。鍵合過程是先將安裝在基片或熱沉上的IC傳送到鍵合機上，機器的圖像識別系統(tǒng)識別出芯片，計算和校正每一個鍵合點的位置，然后根據(jù)鍵合圖用金線來鍵合芯片和基片上的焊盤，以實現(xiàn)芯片與基片的互連。它是單點、單元化操作。采用引線鍵合技術(shù)必須滿足以下條件：①精密距焊接技術(shù)在100~500的高I/O數(shù)的引線鍵合中，IC芯片的焊盤節(jié)距非常小，其中心距通常約為70~90μm，有的更小。鍵合機最小已能實現(xiàn)35 μm的中心距焊接。②低弧度、長弧線技術(shù)在BGA的鍵合中，受控弧線長度通常為3~8mm，其最大變化量約為2.5mm?；【€高度約為100~200μm，弧線高度的變化量<7μm，芯片與基片上外引線腳的高度差約為0.4~0.56mm，IC芯片厚度約為0.2~0.35mm。在高密度互連中，弧線彎曲、蹋絲、偏移是不允許的。另外，在基片上的引線焊盤外圍通常有兩條環(huán)狀電源/地線，鍵合時要防止金線與其短路，其最小間隙必須>25 Llm，這就要求鍵合引線必須具有高的線性度和良好的弧形。③鍵合強度由于芯片和基片上的焊盤面積都比較小，所以精密距焊接時使用的劈刀是瓶頸型劈刀，頭部直徑也較小，而小直徑的劈刀頭部和窄引線腳將導致基片上焊點的橫截面積較小，從而會影響鍵合強度。④低溫處理塑封BGA的基片材料通常是由具有低玻璃化溫度(Tg約為175℃)、高的熱膨脹系數(shù)(CTE約為13ppm/℃)的聚合物樹脂制成的，因此在封裝過程中的芯片裝片固化、焊線、模塑等都必須在較低的溫度下進行。而當在低溫下進行鍵合時，對鍵合強度和可靠性會產(chǎn)生不良影響。要解決這一問題就必須要求鍵合機的超聲波發(fā)生器具有較高(100kHz以上)的超聲頻率。因此，在制造工藝上對鍵合機、鍵合工具、鍵合絲都提出了挑戰(zhàn)。對鍵合機的要求：具有良好的成球控制能力，具有100kHz以上的超聲頻率，能在低溫下實現(xiàn)精密距焊接，能精確地控制鍵合引線弧形，鍵合質(zhì)量具有良好的重復(fù)性等。新一代的鍵合機都能滿足上述要求。對劈刀的要求：必須具有良好的幾何形狀，能適應(yīng)高頻鍵合，以提供足夠高的鍵合強度;材質(zhì)好，使用壽命長。對鍵合絲的要求：必須具有好的中、低弧度長弧線性能，良好的韌性及抗拉強度。
倒裝焊倒裝焊技術(shù)的應(yīng)用急劇增長，它與引線鍵合技術(shù)相比，有3個特點：●倒裝焊技術(shù)克服了引線鍵合焊盤中心距極限的問題?！裨谛酒碾娫?地線分布設(shè)計上給電子設(shè)計師提供了更多的便利?！駷楦哳l率、大功率器件提供更完善的信號。倒裝焊具有焊點牢固、信號傳輸路徑短、電源/地分布、I/O密度高、封裝體尺寸小、可靠性高等優(yōu)點，其缺點是由于凸點的制備是在前工序完成的，因而成本較高。倒裝焊的凸點是在圓片上形成的，制成后再進行圓片切割，合格的芯片被吸附、浸入助焊劑中，然后放置在基片上(在芯片的移植和處理過程中，助焊劑必須有足夠的粘度來粘住芯片)，接著將焊料球回流以實現(xiàn)芯片與基片的互連。在整個加工過程中，工藝處理的是以圓片、芯片和基片方式進行的，它不是單點操作，因而處理效率較高。采用倒裝焊方式需要考慮的幾個相關(guān)問題。①基板技術(shù)對倒裝焊而言，有許多基板可供選擇，選擇的關(guān)鍵因素在于材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗、電阻率和導熱率等。在基板與芯片(一級互連)之間或基板與PCB板(二級互連)之間的TCE失配是造成產(chǎn)品失效的主要原因。CTE失配產(chǎn)生的剪切應(yīng)力將引起焊接點失效。通常封裝體的信號的完整性與基片的絕緣電阻、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗有直接的關(guān)系。介電常數(shù)、介質(zhì)損耗與工作頻率關(guān)系極大，特別是在頻率>1GHz時。當選擇基板時應(yīng)考慮上述因素。對倒裝焊而言，使用有機物基板非常流行，它是以高密度多層布線和微通孔基板技術(shù)為基礎(chǔ)制造的，其特點是有著低的互連電阻和低的介電常數(shù)。它的局限性在于：①在芯片與基板之間高的CTE差會產(chǎn)生大的熱失配;②在可靠性環(huán)境試驗中，與同類型的陶瓷封裝器件相比，可靠性較差，其主要原因是水汽的吸附?，F(xiàn)有的CBGA、CCGA封裝采用的基板為氧化鋁陶瓷基板，其局限性在于它的熱膨脹系數(shù)與PCB板或卡的熱膨脹系數(shù)相差較大，而熱失配容易引起焊點疲勞。它的高介電常數(shù)、電阻率也不適用于高速、高頻器件?，F(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出一種新的陶瓷基板--HITCE陶瓷基板，它有3個主要特點，12.2ppm/℃的CTE，低的介電常數(shù)5.4，低阻的銅互連系統(tǒng)。它綜合了氧化鋁陶瓷基板和有機物基板的最佳特性，其封裝產(chǎn)品的可靠性和電性能得以提高。表3為陶瓷基板和有機物基板材料特性的比較。② 凸點技術(shù)也許倒裝焊技術(shù)得以流行是由于有各種各樣的凸點技術(shù)服務(wù)。常用的凸點材料為金凸點，95Pb5Sn、90Pbl0Sn焊料球(回流焊溫度約350℃)，有的也采用63Pb37Sn焊料球(回流焊溫度約220℃焊料凸點技術(shù)的關(guān)鍵在于當節(jié)距縮小時，必須保持凸點尺寸的穩(wěn)定性。焊料凸點尺寸的一致性及其共面性對倒裝焊的合格率有極大的影響。③底部填充在絕大多數(shù)的倒裝焊產(chǎn)品中都采用了底部填充劑，其作用是緩解芯片和基板之間由CTE差所引起的剪切應(yīng)力。
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