BGA（Ball Grid Array，球栅阵列）构造中的基板材料因封装类型的不同而有所差异。以下是几种常见BGA封装类型及其基板材料的详细解析：

一、基板材料类型

BGA构造中使用到许多不同的材料。材料的选择取决于很多于因素，包 括成本、使用环境、可靠性要求等等。材料选择也取决于BGA制造所用的工艺以及将芯片I/O 以引脚面阵列形式重新分配时的设计复杂度。基材的选择不仅依据它们的电气特性，而且要依据它们的机械属性。大部分元器件制造商要求 用于I/O端口重新分配的材料必须满足JEDEC标 准，JESD22测试方法A102B规定的应力测试。这项测试包括在压力容器中暴露持续168小时。这项严苛的加速应力测试要求只能使用最稳健 的材料作为中介基板。

1、双马来酰亚胺三嗪-玻璃（BT）

双马来 酰亚胺三嗪树脂结合使用玻璃纤维增强物是制造BGA封装基材的常见选择。这种材料有多种货源并能提供良好的散热性能（基于具有相对较高的玻璃转化温度）。此外，BT树脂的电气性能（IPC-4101/30 Tg范围170-220°C）适用于大多集成电路封装应用。

2、环氧树脂玻璃（FR-4）

阻燃环氧-玻璃 复合物可用于BGA封装，但此材料最常用于印制电路板制造。高Tg FR-4层压板（四官能团、 多官能团）已主要用于多层电路板的制造，但此材料同时也适合BGA封装。环氧树脂材料配方的最新进展已使高温性能大大得到改善，以及在玻璃转化温度方面可与BT匹敌。BGA构造 中使用FR-4树脂系统的另一优点是CTE更接近匹配于其安装的电路板。IPC-4101已得到很大的扩充以满足符合RoHS以及无铅焊接要求。已 能按组分配制出合成物能在焊接过程中（该工 艺可能超过260°C）使分解率和Z轴过度膨胀最小。由于制造商使用变化多样的配方来制造环氧树脂玻璃基材料，用单张规范表单表达已不切实际。RoHS符合性规范有六份，分别为IPC4101/99，/101，/121，/124，/126和/129。成分元素略有差异， Tg的范围介于110°C至170°C， 分解温度(Td)的范围介于310°C至340°C。所有 材料的UL阻燃等级为V-0 （见下表）

3、FR-4的阻燃剂

关于制造FR-4复合材料 时使用的阻燃剂，RoHS指令禁止使用某些溴化合物，但没有禁止用于基板制造中目前作为玻璃增强基材的阻燃溴化物材料。RoHS列为非法 的含溴化合物是那些在聚合物基体中保持独立分子的物质。这些物质包括多溴联苯醚（PBDE） 或 多 溴 联 苯 氧 化 物 （PBBO） 和多 溴 联 苯 （PBB）。符合RoHS的含溴化合物包括起反应变 为聚合物基体化学成分一部分的那些物质，如四溴双酚A（TBBPA）。符合RoHS并不代表基材 必须无卤。某些含溴阻燃剂包括FR-4中最普遍 的含溴阻燃剂TBBPA，已被RoHS接受，十溴联 苯醚（DBDPE）也已得到了RoHS的豁免。

4、陶瓷

陶瓷是用作基于矾土或氧化铝基板的通用分类术语。陶瓷是最先以针栅阵列的形式作为面阵列封装的材料之一，同时也是最先用作构建最早期BGA的封装材料。陶瓷基板有较高的热传导率，且采用腔体加盖子的形式，具有提供气密性封装的能力。但是对陶瓷基板材料，确实有许多批评者，比如它通常更贵、 更易碎，具有较高介电常数（延缓信号传播）， 并且热膨胀系数比通常安装的典型电路板结构要小得多。最后一点是一个主要问题，它既要限制封装的总体尺寸同时需要使焊球触点尺寸最大化，以使封装组装后达到可接受的焊点可靠性。

5、挠性（未加强）基膜

挠性基膜已逐渐成为BGA构造中的常见选择，此类构造最普通的基膜为聚酰亚胺。聚酰亚胺有许多吸引人的属性， 使其成为BGA基板的合适选择。聚酰亚胺薄膜提供的正面属性为极高温度上限（~250°C）和 相对低的介电常数（约3.5，FR-4约4.5，陶瓷约 10.0）。此外，聚酰亚胺材料很薄，更容易生产 出高密度面阵列封装所普遍要求的细线电路特征。

从负面角度来说，非增强或挠性材料的主要问题一直是其尺寸稳定性。

材料增强提供增加X-Y轴CTE性质的物理特性。X轴和Y轴是当封装组装到互连产品时，影响封 装焊点应力的互连产品特定部分。除此之外， 聚酰亚胺膜通常比其它加强有机基材更加昂贵 并相对较易受潮。另一方面，由于聚酰亚胺膜 更柔和，它会吸收而不是传递应力。

二、基板材料性质

关于基板材料规定并量 测了许多性质，但只有很少的性质被认为对最终 BGA成品的性能是关键的。

1、热膨胀系数（CTE）

热膨胀系数是BGA基板的一项非常重要的物理属性。热膨胀系数定义为当温度上升时材料的膨胀率。当BGA封装与其安装的电路板结构存在较大的CTE差异时，其重要性就会被放大。 当CTE差异较大时， 焊球连接处会出现过度的应力和应变并导致焊点加速退化。

2、玻璃化温度（Tg）

玻璃化温度是材料由刚性玻璃态向柔性橡胶态进行转化时的温度。 同时玻璃化温度也是材料强度开始降低而以更高的速率膨胀时的温度（也就是CTE增加）。

3、弯曲模量

弯曲模量作为基板刚度或硬度的度量很重要。 对于BGA的影响通常会表现 为翘曲的程度。如果翘曲过大，这会显著地影响电路板组装良率。

4、介电性质

在介电性质总标题下包括几个指标， 如介电常数、消耗因数、介质耐压和 表面绝缘电阻等 ，这些性质很重要。此外，对于电脑、便携式通讯产品和需更高处理能力的模块而言，信号速度和完整性是至关重要的。当系统设计运行在200-300MHz以上而继续使用 FR-4材料时，更高性能能力的需求将是显而易见的。随着处理速度持续增加，有必要降低材料的介电常数和损耗因子。更加先进的基板材料系统可以提供稳健的方案，比如， 氰酸脂提供114cm/nsec的信号传输速度，相比较普通的FR4环氧树脂材料为100cm/nsec。 在选择先进材料技术时，必须要考虑较低的介电常数（Dk）和 损耗因子（Df）：

较低介电常数（Dk）的优点包括：

低损耗因子（Df）的优点包括：

下表列出了制造BGA基板时使用的一些材料的不同特性。

5、吸湿性

应密切关注用于BGA构造材料的吸湿性。理想材料不会截留任何湿气，从封装的角度而言，应关注层压板基材会截留湿气这一事实。 截留的湿气在组装过程中会膨胀和剧烈排出，导致局部分层、降低封装的可靠性。

6、平⾯度要求

必须维持BGA基板的平面度要求，以确保封装组装后不会出现过度翘曲和拱曲。出现这种情况会使测试和下一级组装 产生困难。芯片一旦连接后，封装组装工艺可能会改善一些负面影响，尤其是当芯片相对于封装外形尺寸较大时。 对于BGA封装，推荐的平面度标准为不超过0.3%。