WBBGA及其细分类型封装工艺介绍

2026-07-12 10:22 来源：中国科学院半导体研究所制造工艺 2 次阅读

摘要：本文主要介绍了WBBGA及其细分类型封装工艺介绍。 WBBGA封装工艺引线键合球栅阵列（Wire Bonding Ball Grid Array，WBBGA）封装是一种高密度表面贴装封装技术，核心特征为器件引脚全部集中在封装体底部，圆柱状焊球以阵列形式均匀分布，作为封装的I/O接口。相较于QFN封装，WBBGA封装的I/O数量大幅提升，能够满足大规模集成电路芯片的封装需求，适配高性能芯片的研发与

本文主要介绍了WBBGA及其细分类型封装工艺介绍。

WBBGA封装工艺

引线键合球栅阵列（Wire Bonding Ball Grid Array，WBBGA）封装是一种高密度表面贴装封装技术，核心特征为器件引脚全部集中在封装体底部，圆柱状焊球以阵列形式均匀分布，作为封装的I/O接口。相较于QFN封装，WBBGA封装的I/O数量大幅提升，能够满足大规模集成电路芯片的封装需求，适配高性能芯片的研发与应用场景。WBBGA封装的基础结构如图1所示，核心组成部件包含塑封料、芯片、贴片胶、键合线、基板与焊球。

WBBGA封装工艺流程可划分为前段工艺与后段工艺两大模块。其中前段工艺涵盖来料检验、晶圆研磨与贴膜、芯片黏贴、引线键合、封装塑封等核心工序；后段工艺主要包含打标、植球、芯片切割分选、成品最终检验等环节。各工序的具体操作内容与工艺目的如下所述。

来料检验是WBBGA封装的首个工序，主要针对晶圆原材料进行质量抽检。目前封装行业常用晶圆以8英寸和12英寸规格为主，检验环节重点核查晶圆的规格型号、外观完整性、尺寸精度等关键指标，从源头把控原材料质量。

原材料检验合格后，依次开展晶圆贴膜、晶圆研磨、晶圆切割工序，完成芯片单体分离后进行芯片黏贴作业。在芯片黏贴完成、引线键合工序开始前，需对器件进行等离子清洗处理。该工艺的作用原理为：利用设备将氩气电离为带正电的氩离子，使基板表面吸附负电荷，在真空环境下，带正电的氩离子定向轰击基板引脚表面，彻底清除引脚附着的粉尘、油污等污染物，为后续键合工艺提供洁净的作业基础，工序核心设备为等离子清洗机。清洗完成后，依次完成封装塑封、表面打标作业，再开展引线键合与植球工艺。

植球工艺是WBBGA封装区别于常规框架类封装的核心特色工序，也是决定封装质量的关键环节，核心设备为植球机与回流焊炉。该工序通过在基板背面涂抹助焊剂，精准放置球状焊点，再经高温回流处理，使焊球熔融后稳固贴合在基板表面。成型后的焊球作为WBBGA封装的外部I/O引脚，实现芯片与外部电路的电气互通。植球完成后，通过芯片切割分选筛选合格产品，再进行最终外观与性能检验，完整的WBBGA封装工艺流程如图2所示。

WBBGA封装多数基础工序与QFN封装工艺高度重合，包括来料检验、晶圆贴膜、晶圆研磨、晶圆切割、芯片黏贴、封装塑封、打标、切割分选及最终目检等，二者最核心的差异为WBBGA封装独有植球工序。实际生产中，各封装厂商可根据芯片可靠性要求、产品良率标准及自身技术水平，对WBBGA封装工序细节进行微调。

WBBGA封装生产过程中，多个关键工艺站点需严格管控精度与参数，直接决定成品质量与可靠性。核心管控要点包括：芯片黏贴的位置精度与贴片胶的粘接性能、引线键合的键合强度与对位精度、塑封工序的塑封料选型及固化工艺参数、焊球的直径尺寸、阵列节距与材质稳定性，需杜绝焊球粘连短路问题；回流焊工序需精准调控温度曲线与升温速率，保障焊球均匀熔融、稳定固化；芯片切割分选环节需严控切割精度，避免器件破损；最终检验需全面覆盖外观缺陷、电气性能等维度，实现全维度质量筛查。整体工艺需全程精细化管控，保障封装产品的稳定性与使用寿命。

WBBGA封装与QFN封装均为行业主流封装形式，二者的核心差异集中在引脚布局、连接结构与基材选型三个方面。其一，引脚连接形式不同，QFN封装引脚依托封装底部焊盘与电路板实现连接，而WBBGA封装通过底部阵列式球状焊点完成电路对接，焊球均匀分布于封装底部全域。其二，连接材质与方式不同，QFN封装依靠平面焊盘或预涂锡膏焊盘与电路板焊接，WBBGA封装则以锡基材料焊球作为核心连接介质。其三，基材与结构不同，QFN封装属于典型框架类封装，以引线框架为承载载体，WBBGA封装则采用多层基板作为承载结构。同时，受结构布局影响，WBBGA封装的底部全域焊球阵列散热面积更大，热管理性能优于焊盘局部布局的QFN封装。

结构与工艺的差异，也让两种封装形式的性能、优劣特点形成鲜明区别。WBBGA封装具备优异的电气与散热性能，且自重更轻、机械强度更高。其阵列式短间距焊球引脚布局，能够有效削弱输出电压扰动，缩短信号传输路径，降低数据传输延迟，大幅提升芯片工作效率；同时全域阵列焊球的散热结构，可快速导出器件工作热量。此外，相较于QFN封装，WBBGA封装引脚结构稳定性更强，能有效避免引脚变形、共面损伤等问题，产品可靠性与机械耐受度更高。

但WBBGA封装也存在明显短板，焊球完全隐藏于封装体底部，导致传统目视检测、探针检测方式难以适用，成品缺陷检测与维修难度大幅提升。同时，其生产工艺复杂度更高，对生产设备精度、工艺技术水平要求严苛，整体制造成本显著高于QFN封装。

根据基板材质与阵列封装形式的不同，行业主流WBBGA封装可分为三类，分别是塑料基板球栅阵列（Plastic Ball Grid Array，PBGA）、陶瓷基板球栅阵列（Ceramic Ball Grid Array，CBGA）、载带球栅阵列（Tape Ball Grid Array，TBGA）。

PBGA封装工艺

PBGA封装是目前应用最广泛、通用性最强的WBBGA封装类型，核心采用有机树脂基板制作，其封装结构如图3所示，行业常用基板材质为热固性树脂或玻璃层压板。

PBGA封装的核心优势为生产成本低廉，同时具备良好的电气性能，整体性价比极高，适配大批量民用电子产品生产场景。在回流焊工艺过程中，PBGA焊球可自主熔融适配PCB板焊盘，对焊球共面性的工艺要求相对宽松，生产容错率更高。同时，封装所用环氧树脂材料与基板的热匹配性优异，器件工作过程中热稳定性好，整体散热性能表现优良。

该封装形式的主要缺陷为塑料材质吸湿性较强，器件在回流焊高温环境下易出现爆米花效应，容易引发封装分层、鼓包、开裂等问题，对器件长期使用的可靠性造成一定影响。

CBGA封装工艺

CBGA封装以陶瓷基板为核心载体，裸芯片贴合于陶瓷基板上表面，芯片与基板的电气连接可通过两种工艺实现，分别为传统引线键合工艺与倒装芯片工艺。其中引线键合工艺为芯片焊盘朝上，通过金属键合线与陶瓷基板焊盘压焊连通；倒装芯片工艺则为芯片焊盘朝下，依托凸点技术实现芯片与基板的直接电气对接，倒装结构的CBGA封装剖面如图4所示。

CBGA封装采用多层陶瓷布线基板，搭配专用封盖与玻璃气密密封工艺，整体具备优异的防潮性能，属于气密性封装范畴，器件可靠性极高。同时，陶瓷基板的电气传导性能、热稳定性能优异，且芯片与基板的热匹配性良好，可有效规避高温工作环境下的器件形变、失效问题。但受陶瓷基材成本高、气密封装工艺复杂的影响，CBGA封装整体造价昂贵，极少应用于民用消费产品，主要适配军工、航空航天等高端高可靠应用领域。

TBGA封装工艺

TBGA封装即载带球栅阵列封装，是一种新型轻量化BGA封装技术，采用聚酰亚胺多层布线基板，搭配高熔点合金焊料制作焊球，其封装结构如图5所示。